(57)【要約】【課題】  異常時に電池に対する電気的接続を完全に遮断できる安全性の高い電池の保護装置を提供する。【解決手段】  温度に応じて動作し本体に設けられる第１の端子１２ａと第２の端子１２ｂ間の導通状態を切替える感熱素子２と、感熱素子２が動作した際に通電されて感熱素子２を加熱する抵抗体５とを有し、本体には抵抗体５に導通する第３の端子１３ａが設けられ、感熱素子２はその動作に伴って第２の端子１２ｂと導通する固定接点１１と、抵抗体５を介して第３の端子１３ａと導通する動作時用接点１３とを切替える。【選択図】  図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
温度に応じて動作し本体に設けられる第１の端子と第２の端子間の導通状態を切替える感熱素子と、該感熱素子が動作した際に通電されて上記感熱素子を加熱する抵抗体とを有した電池の保護装置において、
上記本体には上記抵抗体に導通する第３の端子が設けられ、上記感熱素子はその動作に伴って上記第２の端子と導通する固定接点と、上記抵抗体を介して上記第３の端子と導通する動作時用接点とを切替えることを特徴とする電池の保護装置。
【請求項２】
上記感熱素子は上記固定接点と接離する第１の可動接点と、上記動作時用接点と接離する第２の可動接点とを有してなることを特徴とする請求項１記載の電池の保護装置。
【請求項３】
温度に応じて動作し本体に設けられる第１の端子と第２の端子間の導通状態を切替える感熱素子と、該感熱素子が動作した際に通電されて上記感熱素子を加熱する抵抗体とを有した電池の保護装置において、
上記本体には第３の端子が設けられ、上記抵抗体は上記感熱素子の表面に重合状に設けられて一端は上記第１の端子と導通し、他端は上記感熱素子の動作に伴って上記第３の端子と導通する動作時用接点に導通することを特徴とする電池の保護装置。
【請求項４】
上記感熱素子はバイメタルからなることを特徴とする請求項１〜３のいずれか１項に記載の電池の保護装置。
【請求項５】
電池と、該電池の両電極と導通する第１の出力端子及び第２の出力端子と、請求項１〜４のいずれか１項に記載の電池の保護装置とを備えた電池パックであって、
上記電池の一方の電極は上記電池の保護装置の第２の端子に接続され、他方の電極は上記第１の出力端子に接続され、上記電池の保護装置の第１の端子は上記第２の出力端子に接続され、上記電池の保護装置の第３の端子は上記第１の出力端子に接続されてな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、感熱素子の動作により所定の設定温度で接点を切替えて電池を保護する電池の保護装置及び電池パックに関し、特に感熱素子の動作後に再動作を阻止するための加熱抵抗体を備えた電池の保護装置及び電池パックに関する。
【背景技術】
【０００２】
従来からバイメタルを用いた熱応動スイッチが知られており、これを電池の保護装置として用いることも知られている。熱応動スイッチは、所定の設定温度以上となると、バイメタルが反転して可動接点を動作させ、接点を切替えるように構成されている。温度が上昇して接点が切替わった後、温度が低下するとバイメタルは再び反転し、接点も元の状態に戻ることになるので、一旦接点が動作した後、その状態を保持するためにはなんらかの機構を必要とする。
【０００３】
従来の熱応動スイッチにおいては、特許文献１に示すように、バイメタルに加熱抵抗を接触させ、バイメタルが反転して可動接点を動作させると加熱抵抗に通電され、これがバイメタルを加熱してその反転状態を維持するものが知られている。
【特許文献１】特開平７−１５３４９９号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
従来の電池の保護装置は、電池パック内において以下のように接続されていた。図１１には従来の電池パックの構成図を示している。この図に示すように、電池パックには電池１００と、保護装置１０１と、電池１００の正電極１００ａと接続される第１の出力端子１０２と、電池１００の負電極１００ｂと保護装置１０１を介して接続される第２の出力端子１０３とを備えている。
【０００５】
保護装置１０１は、温度に応じて動作するバイメタル１１０と、バイメタル１１０と並列に設けられた抵抗体１１１とを備え、バイメタル１１０はその動作によって第１の端子１１２と第２の端子１１３の導通状態を切替える。図１１の状態では、電流は第２の端子１１３からバイメタル１１０を介して第１の端子１１２に流れる。
【０００６】
温度が上昇すると、バイメタル１１０は反転動作し、導通状態を切替える。図１２には、バイメタル１１０の動作後における電池パックの構成図を示している。この図に示すように、バイメタル１１０が反転動作すると、バイメタル１１０を介した第１の端子１１２と第２の端子１１３間の導通状態が解除され、抵抗体１１１を介して第１の端子１１２と第２の端子１１３が導通した状態となる。したがって電流は抵抗体１１１を流れて抵抗体１１１が発熱し、バイメタル１１０を加熱してその反転状態を保持することができる。
【０００７】
しかし、従来の電池の保護装置では、抵抗体１１１がバイメタル１１０と並列に設けられているために、バイメタル１１０が第１の端子１１２と第２の端子１１３間の導通を解除しても電気的な接続は完全には遮断されない。したがって、バイメタル１１０が動作した状態でも電池１００を電流が流れ、電池１００にダメージを与えるという問題点があった。
【０００８】
本発明は上記課題を鑑みてなされたものであり、異常時に電池に対する電気的接続を完全に遮断できる安全性の高い電池の保護装置及びそれを用い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】
【０００９】
上記課題を解決するため、本発明に係る電池の保護装置は、温度に応じて動作し本体に設けられる第１の端子と第２の端子間の導通状態を切替える感熱素子と、該感熱素子が動作した際に通電されて上記感熱素子を加熱する抵抗体とを有した電池の保護装置において、
上記本体には上記抵抗体に導通する第３の端子が設けられ、上記感熱素子はその動作に伴って上記第２の端子と導通する固定接点と、上記抵抗体を介して上記第３の端子と導通する動作時用接点とを切替えることを特徴として構成されている。
【００１０】
また、本発明に係る電池の保護装置は、上記感熱素子は上記固定接点と接離する第１の可動接点と、上記動作時用接点と接離する第２の可動接点とを有してなることを特徴として構成されている。
【００１１】
さらに、本発明に係る電池の保護装置は、温度に応じて動作し本体に設けられる第１の端子と第２の端子間の導通状態を切替える感熱素子と、該感熱素子が動作した際に通電されて上記感熱素子を加熱する抵抗体とを有した電池の保護装置において、
上記本体には第３の端子が設けられ、上記抵抗体は上記感熱素子の表面に重合状に設けられて一端は上記第１の端子と導通し、他端は上記感熱素子の動作に伴って上記第３の端子と導通する動作時用接点に導通することを特徴として構成されている。
【００１２】
さらにまた、本発明に係る電池の保護装置は、上記感熱素子はバイメタルからなることを特徴として構成されている。
【００１３】
そして、本発明に係る電池パックは、電池と、該電池の両電極と導通する第１の出力端子及び第２の出力端子と、請求項１〜４のいずれか１項に記載の電池の保護装置とを備えた電池パックであって、
上記電池の一方の電極は上記電池の保護装置の第２の端子に接続され、他方の電極は上記第１の出力端子に接続され、上記電池の保護装置の第１の端子は上記第２の出力端子に接続され、上記電池の保護装置の第３の端子は上記第１の出力端子に接続されてなることを特徴として構成されている。
【発明の効果】
【００１４】
本発明に係る電池の保護装置によれば、本体には抵抗体に導通する第３の端子が設けられ、感熱素子はその動作に伴って第２の端子と導通する固定接点と、抵抗体を介して第３の端子と導通する動作時用接点とを切替えることにより、感熱素子の動作時には第１の端子と第２の端子間の導通が完全に遮断された上で第３の端子を介して電流が流れ抵抗体を発熱させることができるので、異常時に電池側に電流が流れず電池にダメージを与えることのない安全性の高い電池の保護装置とすることができる。
【００１５】
また、本発明に係る電池の保護装置によれば、感熱素子は固定接点と接離する第１の可動接点と、動作時用接点と接離する第２の可動接点とを有してなることにより、固定接点と動作時用接点のそれぞれに確実に電気的接続をなすことができる。
【００１６】
さらに、本発明に係る電池の保護装置によれば、本体には第３の端子が設けられ、抵抗体は感熱素子の表面に重合状に設けられて一端は上記第１の端子と導通し、他端は感熱素子の動作に伴って第３の端子と導通する動作時用接点に導通することにより、感熱素子の動作時には第１の端子と第２の端子間の導通が完全に遮断された上で第３の端子を介して電流が流れ抵抗体を発熱させることができるので、異常時に電池側に電流が流れず電池にダメージを与えることのない安全性の高い電池の保護装置とすることができる。
【００１７】
さらにまた、本発明に係る電池の保護装置によれば、感熱素子はバイメタルからなることにより、感熱素子を安価に形成することができる。
【００１８】
そして、本発明に係る電池パックによれば、電池の一方の電極は電池の保護装置の第２の端子に接続され、他方の電極は第１の出力端子に接続され、電池の保護装置の第１の端子は第２の出力端子に接続され、電池の保護装置の第３の端子は第１の出力端子に接続されてなることにより、保護装置によって電池への電気的遮断を確実に行うことができると共に、充電器からの外部電力を抵抗体に供給することができ、安全性の高い電池パックとすることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１９】
本発明の実施形態について図面に沿って詳細に説明する。図１には本実施形態における電池の保護装置の分解斜視図を示している。この図に示すように、本実施形態における電池の保護装置は、ケース状の本体部１にバイメタル２と抵抗体５を納め、上方からカバー体６にて覆ってなるものであり、抵抗体５及びそれに付随する絶縁コート３及び電極４は、いずれも薄膜状に形成されて可堯性を有し、バイメタル２の表面に貼着されるものである。
【００２０】
本体部１は、バイメタル２や抵抗体５などを納める収納部１０を有し、この収納部１０の底面の一端部に固定接点１１が設けられ、固定接点１１は本体部１側面から外部に向かって突出する第２の端子１２ｂと導通している。また、収納部１０の底面の他端部には、バイメタル２の一端部と連結される接続面１４が設けられており、これは第２の端子１２ｂとは反対側に突出する第１の端子１２ａと導通している。
【００２１】
バイメタル２は、中央部にドーム状に形成された反転部２０を有しており、温度が変化した際にはこの反転部２０が反転することで、バイメタル２が反対側に反るように動作する。また、バイメタル２の先端部下面には可動接点２１が形成されており、固定接点１１と接離する。
【００２２】
絶縁コート３は、バイメタル２と電極４を絶縁するためのものであって、可堯性を有したものである。また、電極４も可堯性を有したシート状のものであって、バイメタル２の反転部２０を除く領域に設けられると共に、反転部２０を挟んだ両側において櫛歯状に形成されていて、この櫛歯状の部分に抵抗体５が配置されて電極４に電圧が印加された際には抵抗体５に電流を流すようにしている。電極４の一端はバイメタル２を介して接続面１４に導通し、他端はバイメタル２が反転動作した際に、カバー体６に設けられる動作時接点１３に接触し導通する。
【００２３】
抵抗体５は、伸縮性を有したＰＴＣ抵抗体であり、樹脂とカーボンを混合した粒子をエラストマーの中に配合して形成される。この抵抗体５は、バイメタル２の反転部２０及びその周縁部２１を除く領域に設けられ、反転部２０を挟んだ両側にそれぞれ１つずつ配置される。
【００２４】
カバー体６は、本体部１の上面を覆うように形成されており、上面の端部には動作時接点１３が設けられている。動作時接点１３はカバー体６の側面から突出する第３の端子１３ａと導通している。また動作時接点１３は、バイメタル２が反転するとバイメタル２上に設けられた電極４の一端が接触し導通した状態となる。
【００２５】
バイメタル２の表面に設けられる絶縁コート３と電極４及び抵抗体５は、貼着によりバイメタル２と一体化するようにしてもよいし、バイメタル２の表面に対して印刷形成することで一体化するようにしてもよい。また、絶縁コート３と電極４及び抵抗体５は、バイメタル２の反転部２０の領域を避けるように設けられるので、バイメタル２の反転動作を妨げることがない。
【００２６】
図２には、電池の保護装置の動作前状態における断面図を示している。この図に示すように、動作前の電池の保護装置において、バイメタル２の反転部２０は上方に膨らむように湾曲した状態となっており、バイメタル２の先端部に設けられた可動接点２１は、本体部１底面の固定接点１１に接触した状態となっている。したがって、第１の端子１２ａと第２の端子１２ｂ間はバイメタル２及び可動接点２１を介して導通した状態となっている。
【００２７】
図３には、電池の保護装置の動作後状態における断面図を示している。この図に示すように、所定温度以上となるとバイメタル２の反転部２０は反転動作して下方に膨らむように湾曲した状態となり、バイメタル２の先端部に設けられた可動接点２１は、固定接点１１から離れた状態となる。一方でバイメタル２の上面側に設けられた電極４の端部が、カバー体６の上面に設けられた動作時接点１３に接触し、第３の端子１３ａと導通した状態となる。すなわち、バイメタル２が動作すると第１の端子１２ａと第２の端子１２ｂ間の導通は解除され、第１の端子１２ａと第３の端子１３ａとが抵抗体５を介して導通状態となるように切替わる。
【００２８】
次に、この電池の保護装置を用いた電池パックについて説明する。図４には、バイメタル２の動作前状態における電池パックの構成図を示している。この図に示すように、電池パックには電池３０と上述の保護装置３１、第１の出力端子３２及び第２の出力端子３３が設けられている。
【００２９】
保護装置３１は、本体部１内部にバイメタル２と抵抗体５を備えると共に、第１の端子１２ａと第２の端子１２ｂ及び第３の端子１３ａを有している。第１の端子１２ａは電池パックの第２の出力端子３３に、第２の端子１２ｂは電池３０の負電極３０ｂに、第３の端子１３ａは電池３０の正電極３０ａが接続される電池パックの第１の出力端子３２に、それぞれ接続されている。
【００３０】
動作前の状態においてバイメタル２は、第２の端子１２ｂと導通する固定接点１１に接触しており、第１の端子１２ａと第２の端子１２ｂ間を導通させている。また、バイメタル２の表面に重合状に設けられる抵抗体５の一端は、どこにも接触しておらず、したがって抵抗体５には電流が流れない。図４に示す正常状態の場合には、電流は電池パックの第１の出力端子３２から電池３０を介して第２の出力端子３３に向かって流れ、電池３０が充電される。
【００３１】
図５には、バイメタル２の動作後状態における電池パックの構成図を示している。異常が発生して温度が上昇してバイメタル２が反転すると、バイメタル２は固定接点１１から離れ、第１の端子１２ａと第２の端子１２ｂ間の導通状態を解除する。一方、抵抗体５の一端は動作時接点１３に接触し、第１の端子１２ａと第３の端子１３ａ間を抵抗体５を介して導通状態とする。これによって電流は第３の端子１３ａから抵抗体５を介して第１の端子１２ａに流れる。
【００３２】
第３の端子１３ａは電池パックの第１の出力端子３２に接続されているため、電流は第１の出力端子３２から第３の端子１３ａに直接流れ、バイメタル２を加熱して反転状態を保持することができる。すなわち、第１の端子１２ａと第２の端子１２ｂ間の電気的接続が遮断されているために電池３０側には電流が流れない。したがって、異常発生時にバイメタル２が反転した際、電池３０に対してダメージを与えることがない。
【００３３】
次に、本発明の第２の実施形態について説明する。図６には、本実施形態における電池の保護装置の分解斜視図を示している。この図に示すように、本実施形態の電池の保護装置は、第１の実施形態のものと同様にケース状の本体部１にバイメタル２と抵抗体５を納め、上方からカバー体６にて覆ってなるものである。
【００３４】
また、本体部１には固定接点１１とそれに導通する第２の端子１２ｂが設けられると共に、バイメタル２の一端部と接続面１４を介して導通する第１の端子１２ａが設けられる。一方、本実施形態では抵抗体５をバイメタル２の表面ではなく、カバー体６の上面に取付けている。また、カバー体６の上面には抵抗体５と導通する第３の端子１３ａが設けられている。
【００３５】
図７には、電池の保護装置の動作前状態における断面図を示している。この図に示すように、動作前の電池の保護装置において、バイメタル２の反転部２０は上方に膨らむように湾曲した状態となっており、バイメタル２の先端部には下面側に第１の可動接点２１が設けられ、本体部１底面の固定接点１１に接触した状態となっている。したがって、第１の端子１２ａと第２の端子１２ｂ間はバイメタル２及び可動接点２１を介して導通した状態となっている。
【００３６】
また、バイメタル２の先端部の上面側には第２の可動接点２２が形成されており、カバー体６上面に設けられた抵抗体５に対向している。抵抗体５は、ＰＴＣヒータであって、ある程度の厚みを有している。そのため、本実施形態におけるカバー体６は第１の実施形態のものよりも厚めに形成されている。そして、抵抗体５の第２の可動接点２２と対向する部分には、第２の可動接点２２と導通するための動作時接点１３が形成されている。
【００３７】
図８には、電池の保護装置の動作後状態における断面図を示している。この図に示すように、所定温度以上となるとバイメタル２の反転部２０は反転動作して下方に膨らむように湾曲した状態となり、バイメタル２の先端部に設けられた第１の可動接点２１は、固定接点１１から離れた状態となる。一方でバイメタル２の上面側に設けられた第２の可動接点２２は、抵抗体５の動作時接点１３に接触し、抵抗体５を介して第３の端子１３ａと導通した状態となる。すなわち、バイメタル２が動作すると第１の端子１２ａと第２の端子１２ｂ間の導通は解除され、第１の端子１２ａと第３の端子１３ａとが抵抗体５を介して導通状態となるように切替わる。
【００３８】
次に、この電池の保護装置を用いた電池パックについて説明する。図９には、バイメタル２の動作前状態における電池パックの構成図を示している。この図に示すように、電池３０と保護装置３１及び第１の出力端子３２と第２の出力端子３３の接続は、第１の実施形態と同様になされるもので、保護装置３１の第１の端子１２ａは第２の出力端子３３に、第２の端子１２ｂは電池３０の負電極３０ｂに、第３の端子１３ａは第１の出力端子３２に、それぞれ接続される。正常状態である図９の状態で電流は、第１の出力端子３２から電池３０を介して第２の出力端子３３に向かって流れ、電池３０が充電される。
【００３９】
図１０には、バイメタル２の動作後状態における電池パックの構成図を示している。この図に示すように、温度が上昇してバイメタル２が反転動作すると、バイメタル２は第２の端子１２ｂと導通する固定接点１１から離れ、動作時接点１３に接触し抵抗体５を介して第３の端子１３ａに導通する。この状態で電流は、第１の出力端子３２から第３の端子１３ａ側に流れ、さらに抵抗体５及びバイメタル２を介して第２の出力端子３３に流れる。これによって抵抗体５は発熱し、バイメタル２を加熱することによってその反転状態を保持することができる。
【００４０】
このように、本体部１とカバー体６からなる本体内において抵抗体５をバイメタル２とは別に設けることによっても、第１の実施形態と同様に第３の端子１３ａを電池パックの第１の出力端子３２に接続することで、バイメタル２の反転時に電流を電池３０側に流さないようにすることができ、電池３０にダメージを与えないようにすることができる。
【００４１】
電池パックにおける異常状態として代表的なものに過充電状態がある。これは、電池パックの充電のために接続した外部電源の電圧が既定値より高い場合に生じる状態である。電池がリチウムイオンバッテリーの場合、規定の充電電圧は４．２Ｖ程度であるのに対し、外部電源の電圧が５Ｖ以上になると、過充電となる恐れがある。また、充電を自動車用のバッテリーで行った場合を考えると、最大では３０Ｖ近い電圧がかかる可能性がある。このため、過充電保護のためには５Ｖから３０Ｖの範囲の電圧で保護機能が動作する必要がある。
【００４２】
バイメタル２が反転し、抵抗体５に流れる電流による発熱でバイメタル２の反転状態を維持する場合、従来は抵抗体にかかる電圧は外部電源の電圧と電池の電圧差となる。リチウムイオンバッテリーの場合、定格電圧は約３．７Ｖであるため、抵抗体にかかる電圧は１．３Ｖから２６．３Ｖの範囲となり、約２０倍の電圧範囲における発熱量が適切な範囲となる抵抗体が必要となる。
【００４３】
一方、本実施形態の場合には、電池３０に電流が流れないため、抵抗体５に電池３０の電圧はかからない。そのため、抵抗体５にかかる電圧の範囲は、外部電源の変動幅そのものになる。すなわち、５Ｖから３０Ｖの６倍の電圧範囲において適切な発熱量となるものであればよい。
【００４４】
抵抗体５の発熱量は、抵抗値が一定の場合、電圧の２乗に比例するため、従来は抵抗体にかかる電圧範囲において発熱量の差が最大４００倍にもなり、使用する抵抗体の温度と抵抗値変化特性が急峻なものを用いる必要があった。それに対し、本実施形態によれば抵抗体５にかかる電圧範囲において発熱量の差は３６倍であるので、単純な抵抗体もしくは安価なＰＴＣ素子を用いることができ、コストダウンを図ることができる。
【００４５】
これまで本発明を適用した実施形態について説明したが、本発明の適用はこれら実施形態に限られるものではなく、その技術的思想の範囲内において様々に適用されうるものである。
【図面の簡単な説明】
【００４６】
【図１】第１の実施形態における電池の保護装置の分解斜視図である。
【図２】電池の保護装置の動作前状態における縦断面図である。
【図３】電池の保護装置の動作後状態における縦断面図である。
【図４】電池パックの動作前状態における構成図である。
【図５】電池パックの動作後状態における構成図である。
【図６】第２の実施形態における電池の保護装置の分解斜視図である。
【図７】電池の保護装置の動作前状態における縦断面図である。
【図８】電池の保護装置の動作後状態における縦断面図である。
【図９】電池パックの動作前状態における構成図である。
【図１０】電池パックの動作後状態における構成図である。
【図１１】従来の電池パックの動作前状態における構成図である。
【図１２】従来の電池パックの動作後状態における構成図である。
【符号の説明】
【００４７】
１    本体部
２    バイメタル
３    絶縁コート
４    電極
５    抵抗体
６    カバー体
１０    収容部
１１    固定接点
１２ａ  第１の端子
１２ｂ  第２の端子
１３    動作時接点
１３ａ  第３の端子
１４    接続面
２０    反転部
２１    第１の可動接点
２２    第２の可動接点
３０    電池
３１    保護装置
３２    第１の出力端子
３３    第２の出力端子
【図１】
2007043800.tif 000003
【図２】
2007043800.tif 000004
【図３】
2007043800.tif 000005
【図４】
2007043800.tif 000006
【図５】
2007043800.tif 000007
【図６】
2007043800.tif 000008
【図７】
2007043800.tif 000009
【図８】
2007043800.tif 000010
【図９】
2007043800.tif 000011
【図１０】
2007043800.tif 000012
【図１１】
2007043800.tif 000013
【図１２】
2007043800.tif 000014