(57)【要約】【課題】パック電池に内蔵する電池電圧が大幅に変動しても、加熱抵抗でヒューズを確実に溶断する。【解決手段】保護素子２は、加熱すると溶断される低融点金属５と、この低融点金属５に熱結合されて、通電される電流で発生するジュール熱で低融点金属５を加熱する加熱抵抗４とを備える。加熱抵抗４は、基板１４の表面に設けられた電気抵抗の異なる複数の抵抗膜１５を備え、複数の抵抗膜１５を互いに並列に接続している。【選択図】図３
2007207940.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
加熱すると溶断される低融点金属(5)と、この低融点金属(5)に熱結合されて、通電される電流で発生するジュール熱で低融点金属(5)を加熱する加熱抵抗(4)とを備える保護素子であって、
加熱抵抗(4)が、基板(14)の表面に設けられた電気抵抗の異なる複数の抵抗膜(15)を備え、複数の抵抗膜(15)を互いに並列に接続してなる保護素子。
【請求項２】
請求項１に記載される保護素子であって、
電池(1)に接続される電池端子(11)と、充電器に接続される充電端子(12)と、スイッチング素子(3)に接続されるスイッチ端子(13)とを備え、低融点金属(5)は一端を電池端子(11)に接続して他端を充電端子(12)に接続しており、加熱抵抗(4)は一端を低融点金属(5)と電池端子(11)と充電端子(12)の何れかに接続して、他端をスイッチ端子(13)に接続しており、
スイッチ端子(13)に接続されるスイッチング素子(3)をオンにして加熱抵抗(4)に通電するようにしてなる保護素子。
【請求項３】
請求項１に記載される保護素子であって、
基板(14)に設けている電気抵抗が異なる抵抗膜(15)は厚さが異なり、厚い抵抗膜(15)の電気抵抗を小さくして、薄い抵抗膜(15)の電気抵抗を大きくしている保護素子。
【請求項４】
請求項１に記載される保護素子であって、
基板(14)に設けている電気抵抗が異なる抵抗膜(15)は幅が異なり、幅の広い抵抗膜(15)の電気抵抗を小さくして、幅の狭い抵抗膜(15)の電気抵抗を大きくしている保護素子。
【請求項５】
請求項４に記載される保護素子であって、
基板(14)に設けた抵抗膜(15)にスリット(16)を設けて、スリット(16)でもって互いに並列に接続された複数の抵抗膜(15)に分割している保護素子。
【請求項６】
請求項１に記載される保護素子であって、
基板(14)に設けている電気抵抗が異なる抵抗膜(15)は抵抗率が異なり、抵抗率の小さい抵抗膜(15)の電気抵抗を小さくして、抵抗率の高い抵抗膜(15)の電気抵抗を大きくしている保護素子。
【請求項７】
請求項１ないし請求項６のいずれかに記載される保護素子であって、
抵抗膜(515)、(715)、(1115)と直列に電流制御素子(58)、(78)、(118)を接続している保護素子。
【請求項８】
電池(1)と、この電池(1)に直列に接続してなる保護素子(2)とを備えるパック電池であって、
保護素子(2)は、加熱すると溶断される低融点金属(5)と、この低融点金属(5)に熱結合されて、通電される電流で発生するジュール熱で低融点金属(5)を加熱する加熱抵抗(4)とを備え、
加熱抵抗(4)は、基板(14)の表面に設けられた電気抵抗の異なる複数の抵抗膜(15)を備えて、複数の抵抗膜(15)を互いに並列に接続してなる保護素子を備えるパック電池。
【請求項９】
請求項８に記載される保護素子を備えるパック電池であって、
基板(14)に設けている電気抵抗が異なる抵抗膜(15)は厚さが異なり、厚い抵抗膜(15)の電気抵抗を小さくして、薄い抵抗膜(15)の電気抵抗を大きくしている保護素子を備えるパック電池。
【請求項１０】
請求項８に記載される保護素子を備えるパック電池であって、
基板(14)に設けている電気抵抗が異なる抵抗膜(15)は幅が異なり、幅の広い抵抗膜(15)の電気抵抗を小さくして、幅の狭い抵抗膜(15)の電気抵抗を大きくしている保護素子を備えるパック電池保護素子。
【請求項１１】
請求項１０に記載される保護素子を備えるパック電池であって、
基板(14)に設けた抵抗膜(15)にスリット(16)を設けて、スリット(16)でもって互いに並列に接続された複数の抵抗膜(15)に分割している保護素子を備えるパック電池。
【請求項１２】
請求項８に記載される保護素子を備えるパック電池であって、
基板(14)に設けている電気抵抗が異なる抵抗膜(15)は抵抗率が異なり、抵抗率の小さい抵抗膜(15)の電気抵抗を小さくして、抵抗率の高い抵抗膜(15)の電気抵抗を大きくしている保護素子を備えるパック電池。
【請求項１３】
請求項８ないし請求項１２のいずれかに記載される保護素子を備えるパック電池であって、
抵抗膜(515)、(715)、(1115)と直列に電流制御素子(58)、(78)、(118)を接続している保護素子を備えるパック電池。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、主としてパック電池に使用されて電池を保護する保護素子と、この保護素子を備えるパック電池に関する。
【背景技術】
【０００２】
パック電池は、電池が異常な状態で充放電されるのを防止するために、電池と直列に保護素子を接続している。この用途に使用される保護素子は開発されている（特許文献１参照）。この保護素子は、電池が異常な状態で充放電されるときに電流を遮断する。異常時に電池の電流を遮断するために、保護素子は過電流のジュール熱に加熱されて溶断する低融点金属のヒューズを内蔵する。さらに、電池が過充電される等の異常時に、ヒューズを短時間で溶断する加熱抵抗を備える。加熱抵抗は、通電される電流によるジュール熱で加熱される。加熱された加熱抵抗は、低融点金属のヒューズを加熱して溶断する。加熱抵抗が、低融点金属のヒューズに熱結合されているからである。
【０００３】
保護素子は、図１の回路図でパック電池に内蔵される。この回路図に示すように、保護素子１９２のヒューズ１９５は、電池１９１と直列に接続される。したがって、ヒューズ１９５が熱で溶断されると、電池１９１の電流は遮断される。ヒューズ１９５は過電流が流れると、ジュール熱に加熱されて溶断される。溶断したヒューズ１９５は、電池１９１の電流を遮断する。また、図の回路図の保護素子１９２は、加熱抵抗１９４でヒューズ１９５を加熱して溶断する。加熱抵抗１９４は、ＦＥＴ等のスイッチング素子１９３に接続されて、スイッチング素子１９３で通電が制御される。スイッチング素子１９３は制御回路１９６でオンオフに制御される。制御回路１９６は、電池１９１の異常を検出して、スイッチング素子１９３をオンオフに切り換える。電池１９１が異常な状態、たとえば過充電される状態になると、制御回路１９６はスイッチング素子１９３をオンに切り換える。オン状態のスイッチング素子１９３は、加熱抵抗１９４に通電させる。通電する加熱抵抗１９４はジュール熱で加熱されて、低融点金属のヒューズ１９５を溶断する。
【特許文献１】特開２０００−３４０２６７号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
加熱抵抗の発生熱は、供給電圧の２乗に比例して大きくなる。したがって、加熱抵抗は供給電圧が高くなると、発生熱量が大幅に変動する。たとえば、図１に示すように、４個の電池１９１を直列に接続しているパック電池は、３つの電池１９１がショートして、ひとつの電池１９１が過充電になったとき、１本の電池１９１で加熱抵抗１９４を加熱してヒューズ１９５を溶断する必要がある。また、４つの電池１９１の全てが過充電されて、加熱抵抗１９４を加熱するときには、４本の電池電圧が加熱抵抗１９４に過大な加熱電流を流すことになる。すなわち、この構造のパック電池は、１本の電池１９１で加熱抵抗１９４を加熱してヒューズ１９５を溶断できるように設計する必要がある。このため、複数の電池電圧が加熱抵抗１９４に加えられて加熱電流が流れると、加熱電流は極めて大きくなる。
【０００５】
たとえば、図に示すように電池を４直列に接続するパック電池は、３本の電池がショートして１本の電池で加熱電流を流すときと、４本の電池で加熱電流を流すときでは、加熱電流が４倍も変化する。このため、加熱抵抗に大電流が流れるときに、ヒューズが溶断される前に加熱抵抗が焼損されると、加熱抵抗でヒューズを溶断できなくなる問題点がある。
【０００６】
本発明は、このような欠点を解決することを目的に開発されたものである。本発明の重要な目的は、パック電池に内蔵する電池電圧が大幅に変動しても、加熱抵抗でヒューズを確実に溶断できる保護素子とこの保護素子を備えるパック電池を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明の保護素子は、前述の目的を達成するために以下の構成を備える。
保護素子２は、加熱すると溶断される低融点金属５と、この低融点金属５に熱結合されて、通電される電流で発生するジュール熱で低融点金属５を加熱する加熱抵抗４とを備える。加熱抵抗４は、基板１４の表面に設けられた電気抵抗の異なる複数の抵抗膜１５を備え、複数の抵抗膜１５を互いに並列に接続している。
【０００８】
本発明の保護素子は、電池１に接続される電池端子１１と、充電器に接続される充電端子１２と、スイッチング素子３に接続されるスイッチ端子１３とを備えることができる。この保護素子は、低融点金属５の一端を電池端子１１に接続して他端を充電端子１２に接続し、加熱抵抗４の一端をヒューズと電池端子１１と充電端子１２の何れかに接続して、他端をスイッチ端子１３に接続し、スイッチ端子１３に接続されるスイッチング素子３をオンにして加熱抵抗４に通電することができる。
【０００９】
本発明のパック電池は、前述の目的を達成するために以下の構成を備える。
パック電池は、電池１と、この電池１に直列に接続してなる保護素子２とを備える。保護素子２は、加熱すると溶断される低融点金属５と、この低融点金属５に熱結合されて、通電される電流で発生するジュール熱で低融点金属５を加熱する加熱抵抗４とを備える。加熱抵抗４は、基板１４の表面に設けられた電気抵抗の異なる複数の抵抗膜１５を備え、複数の抵抗膜１５を互いに並列に接続している。
【００１０】
保護素子は、基板１４に設けている電気抵抗が異なる抵抗膜１５を異なる厚さとし、厚い抵抗膜１５の電気抵抗を小さくして、薄い抵抗膜１５の電気抵抗を大きくすることができる。
【００１１】
保護素子は、基板１４に設けている電気抵抗が異なる抵抗膜１５を異なる幅とし、幅の広い抵抗膜１５の電気抵抗を小さくして、幅の狭い抵抗膜１５の電気抵抗を大きくすることができる。
【００１２】
保護素子は、基板１４に設けた抵抗膜１５にスリット１６を設けて、スリット１６でもって互いに並列に接続された複数の抵抗膜１５に分割することができる。
【００１３】
保護素子は、基板１４に設けている電気抵抗が異なる抵抗膜１５を異なる抵抗率とし、抵抗率の小さい抵抗膜１５の電気抵抗を小さくして、抵抗率の高い抵抗膜１５の電気抵抗を大きくすることができる。
【００１４】
さらに、保護素子は、抵抗膜５１５、７１５、１１１５と直列に電流制御素子５８、７８、１１８を接続することができる。
【発明の効果】
【００１５】
本発明の保護素子とこの保護素子を備えるパック電池は、パック電池に内蔵する電池電圧が大幅に変動しても、加熱抵抗でヒューズを確実に溶断できる特長がある。それは、本発明が、通電される電流で発生するジュール熱で低融点金属を加熱する加熱抵抗を、基板の表面に設けられた電気抵抗の異なる複数の抵抗膜とし、複数の抵抗膜を互いに並列に接続しているからである。さらに、この保護素子は、基板の表面に複数の抵抗膜を設けて、電気抵抗の異なる複数の抵抗を互いに並列に接続する状態に配設するので、製造コストを低減して安価に多量生産できる特長がある。とくに、本発明の保護素子は、抵抗膜の膜厚、幅、スリット、抵抗率等で簡単に加熱抵抗の電気抵抗を調整できる特長がある。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１６】
以下、本発明の実施例を図面に基づいて説明する。ただし、以下に示す実施例は、本発明の技術思想を具体化するための保護素子とこの保護素子を備えるパック電池を例示するものであって、本発明は保護素子とパック電池を以下のものに特定しない。
【００１７】
さらに、この明細書は、特許請求の範囲を理解しやすいように、実施例に示される部材に対応する番号を、「特許請求の範囲」および「課題を解決するための手段の欄」に示される部材に付記している。ただ、特許請求の範囲に示される部材を、実施例の部材に特定するものでは決してない。
【００１８】
図２の回路図に示すパック電池は、電池１の異常を検出する制御回路６と、この制御回路６の出力信号でオンオフに切り換えられるスイッチング素子３と、このスイッチング素子３に制御されて異常時に電池１の電流を遮断する保護素子２を備える。
【００１９】
保護素子２は、低融点金属５と、この低融点金属５に熱結合されて、低融点金属５を加熱して溶断する加熱抵抗４を備える。低融点金属５は、電池１と直列に接続されて、異常時に溶断されて電池１の電流を遮断する。加熱抵抗４は、ジュール熱で加熱されて、熱結合している低融点金属５を熱で溶断する。
【００２０】
保護素子２は、電池１に接続される電池端子１１と、充電器や負荷に接続される充電端子１２と、スイッチング素子３に接続されるスイッチ端子１３とを備える。低融点金属５は、一端を低融点金属５に、他端を充電端子１２に接続している。加熱抵抗４は一端を低融点金属５の中間に接続して、他端をスイッチ端子１３に接続している。
【００２１】
制御回路６は、電池１が異常な状態になることを検出し、電池１が異常な状態になると、スイッチング素子３をオンにする信号を出力する。制御回路６が検出する電池１の異常な状態とは、たとえば、満充電された電池がさらに充電される状態、あるいは、電池に過電流が流れる状態である。ただ、本発明は、電池の異常な状態をこの状態には特定しない。電池の異常な状態とは、満充電された電池の充電や過電流のみでなく、たとえば、電池温度が異常な温度に上昇した状態等、パック電池を安全に、あるいは正常に使用できない電池が充電又は放電される状態を意味するものとする。複数の電池１を内蔵するパック電池は、各々の電池１の異常な状態を検出して、いずれかの電池１が異常な状態で使用されると、スイッチング素子３をオンにする信号を出力する。制御回路６は、全ての電池１が正常な状態にあるとき、スイッチング素子３をオンにする信号を出力せずに、スイッチング素子３をオフに保持する。
【００２２】
スイッチング素子３はＦＥＴである。ＦＥＴは、ゲートを制御回路６の出力端子に接続して、ソースをアース側に、ドレインを加熱抵抗４に接続している。スイッチング素子３には、ＦＥＴに代わってトランジスタ等の他のスイッチング素子も使用できる。トランジスタは、ベースを制御回路に接続して、エミッタをアースに、コレクタを加熱抵抗に接続する。スイッチング素子をトランジスタとするパック電池は、電池が異常な状態になると、トランジスタをオンにする信号を制御回路が出力する。さらに、スイッチング素子にはリレーも使用できる。リレーはノーマルオープン側の接点をアースと加熱抵抗との間に接続し、励磁コイルをアースと制御回路の出力側とに接続する。このパック電池は、電池が異常な状態になると、リレーの励磁コイルに通電して、ノーマルオープン側の接点を閉じて、加熱抵抗に加熱電流を流す。
【００２３】
図のパック電池は、保護素子２の電池端子１１を電池１に、充電端子１２を出力端子１０に接続して、出力端子１０と電池１との間に、保護素子２の低融点金属５を直列に接続している。低融点金属５は、所定の温度に加熱されると溶断されて電流を遮断するヒューズである。ヒューズは、加熱抵抗４で加熱されない状態においても、それ自体に流れる過大な電流のジュール熱で溶断して電流を遮断できる。すなわち、ヒューズは自己発熱で溶断できる。ただし、本発明は、低融点金属を必ずしもヒューズとする必要はなく、低融点金属には、それ自体に流れる電流のジュール熱では溶断されないが、加熱抵抗に加熱されて溶断できるものも使用できる。
【００２４】
図３ないし図１１の保護素子２、４２、５２、６２、７２、８２、１０２、１１２は、加熱抵抗４、４４、５４、６４、７４、８４、１０４、１１４を低融点金属５、４５、５５、６５、７５、８５、１０５、１１５の中間に接続して、一対の低融点金属５、４５、５５、６５、７５、８５、１０５、１１５を直列に接続している。一方の低融点金属５、４５、５５、６５、７５、８５、１０５、１１５は、電池端子１１、４１１、５１１、６１１、７１１、８１１、１０１１、１１１１を介して電池に、他方の低融点金属５、４５、５５、６５、７５、８５、１０５、１１５は、充電端子１２、４１２、５１２、６１２、７１２、８１２、１０１２、１１１２を介してパック電池の出力端子に接続される。この保護素子２、４２、５２、６２、７２、８２、１０２、１１２は、電池の放電電流と充電電流の両方を遮断できる。電池に接続される低融点金属５、４５、５５、６５、７５、８５、１０５、１１５を溶断して、電池の放電電流を遮断し、また、充電器に接続される状態では充電器に接続される低融点金属５、４５、５５、６５、７５、８５、１０５、１１５を溶断し、充電電流を遮断できる。
【００２５】
ただ、保護素子は、図１２に示すように、加熱抵抗１２４の一端を充電端子１２１２に接続することもできる。この保護素子１２２は、電池の放電電流を遮断できる。また、保護素子は、図示しないが、加熱抵抗の一端を電池端子に接続することもできる。この保護素子は電池の充電電流を遮断できる。なお、この図において、１２１１は、電池端子を示している。
【００２６】
保護素子２、４２、５２、６２、７２、８２、１０２、１１２、１２２は、加熱抵抗４、４４、５４、６４、７４、８４、１０４、１１４、１２４で低融点金属５、４５、５５、６５、７５、８５、１０５、１１５、１２５を加熱して溶断できるように、低融点金属５、４５、５５、６５、７５、８５、１０５、１１５、１２５に熱結合して加熱抵抗４、４４、５４、６４、７４、８４、１０４、１１４、１２４を配設している。図３ないし図７、及び図１２の保護素子２、４２、５２、６２、７２、１２２は、低融点金属５、４５、５５、６５、７５、１２５に加熱抵抗４、４４、５４、６４、７４、１２４を接近して配設して、加熱抵抗４、４４、５４、６４、７４、１２４を低融点金属５、４５、５５、６５、７５、１２５に熱結合し、図８ないし図１１の保護素子８２、１０２、１１２は、低融点金属８５、１０５、１１５と加熱抵抗８４、１０４、１１４との間に絶縁材８１９、１０１９、１１１９を配設して、加熱抵抗８４、１０４、１１４を低融点金属８５、１０５、１１５に熱結合する。低融点金属５、４５、５５、６５、７５、８５、１０５、１１５、１２５に接近して、あるいは絶縁材８１９、１０１９、１１１９を介して配設される加熱抵抗４、４４、５４、６４、７４、８４、１０４、１１４、１２４は、輻射熱や熱伝導で低融点金属５、４５、５５、６５、７５、８５、１０５、１１５、１２５を加熱する。さらに、低融点金属５、４５、５５、６５、７５、８５、１０５、１１５、１２５に一端を接続している加熱抵抗４、４４、５４、６４、７４、８４、１０４、１１４、１２４は、接続点１８、４１８、５１８、６１８、７１８、８１８、１１１８、１２１８を介して伝導される熱によっても低融点金属５、４５、５５、６５、７５、８５、１０５、１１５、１２５を加熱する。低融点金属５、４５、５５、６５、７５、８５、１０５、１１５、１２５に熱結合される加熱抵抗４、４４、５４、６４、７４、８４、１０４、１１４、１２４は、通電される電流で発生するジュール熱で低融点金属５、４５、５５、６５、７５、８５、１０５、１１５、１２５を加熱して溶断する。
【００２７】
加熱抵抗４、４４、５４、６４、７４、８４、１０４、１１４、１２４は、一端を低融点金属５、４５、５５、６５、７５、８５、１０５、１１５、１２５に接続して、他端をスイッチ端子１３、４１３、５１３、６１３、７１３、８１３、１１１３、１２１３を介してスイッチング素子に接続される。加熱抵抗４、４４、５４、６４、７４、８４、１０４、１１４、１２４は、複数の分流回路４Ａ、４４Ａ、５４Ａ、６４Ａ、７４Ａ、８４Ａ、１０４Ａ、１１４Ａ、１２４Ａを並列に接続している。図３ないし図５、及び図８ないし図１２の保護素子２は２回路の分流回路４Ａ、４４Ａ、５４Ａ、８４Ａ、１０４Ａ、１１４Ａ、１２４Ａを並列に、図６と図７の保護素子６２、７２は３回路の分流回路６４Ａ、７４Ａを並列に接続している。各々の分流回路４Ａ、４４Ａ、５４Ａ、６４Ａ、７４Ａ、８４Ａ、１０４Ａ、１１４Ａ、１２４Ａは、電気抵抗が異なる抵抗素子７、４７、５７、６７、７７、８７、１０７、１１７、１２７を備える。分流回路４Ａ、４４Ａ、５４Ａ、６４Ａ、７４Ａ、８４Ａ、１０４Ａ、１１４Ａ、１２４Ａは、抵抗素子７、４７、５７、６７、７７、８７、１０７、１１７、１２７に電流制御素子５８、７８、１１８を直列に接続し、あるいは接続することなく、並列に接続される。図５、図７及び図１１の保護素子５２、７２、１１２は、分流回路５４Ａ、７４Ａ、１１４Ａの抵抗素子５７、７７、１１７に電流制御素子５８、７８、１１８を直列に接続している。電流制御素子は、必ずしも全ての分流回路の抵抗素子に接続する必要はない。図の保護素子５２、７２、１１２は、ひとつの抵抗素子５７、７７、１１７を除く他の抵抗素子５７、７７、１１７と直列に電流制御素子５８、７８、１１８を接続している。
【００２８】
電流制御素子５８、７８、１１８は、温度又は電流で電気抵抗が変化して分流回路５４Ａ、７４Ａ、１１４Ａの電流を制御する素子である。この電流制御素子５８、７８、１１８は、ＰＴＣ、ＮＴＣ、ブレーカ、ヒューズ等の素子である。ＰＴＣは、流れる電流のジュール熱に加熱されて設定温度よりも高くなると、電気抵抗が急激に増加する。電気抵抗が増大したＰＴＣは、直列に接続している抵抗素子の電流を減少させる。ＮＴＣは、温度が高くなると電気抵抗が減少する電気特性を有する。ＮＴＣは、流れる電流のジュール熱に加熱されて温度が上昇する。ジュール熱で加熱されてＮＴＣの温度が設定温度よりも高くなると、電気抵抗が急激に減少して、直列に接続している抵抗素子の電流を増加させる。ブレーカは、通電される電流が設定電流よりも大きくなると電流を遮断して、直列に接続している抵抗素子の電流を遮断する。ヒューズも、ブレーカと同じように、通電される電流が設定電流よりも大きくなると、溶断して電流を遮断する。ヒューズが溶断されると、これと直列に接続している抵抗素子の電流を遮断する。
【００２９】
各々の分流回路４Ａ、４４Ａ、５４Ａ、６４Ａ、７４Ａ、８４Ａ、１０４Ａ、１１４Ａ、１２４Ａには、電気抵抗が異なる抵抗素子７、４７、５７、６７、７７、８７、１０７、１１７、１２７を接続している。各々の抵抗素子７、４７、５７、６７、７７、８７、１０７、１１７、１２７は、電気抵抗が異なるので、加熱抵抗４、４４、５４、６４、７４、８４、１０４、１１４、１２４の供給電圧が同じであっても、ジュール熱による発熱量が異なる。保護素子２、４２、５２、６２、７２、８２、１０２、１１２、１２２は、加熱抵抗４、４４、５４、６４、７４、８４、１０４、１１４、１２４の発生熱で低融点金属５、４５、５５、６５、７５、８５、１０５、１１５、１２５を加熱して溶断するが、抵抗素子７、４７、５７、６７、７７、８７、１０７、１１７、１２７のジュール熱による発熱量が小さすぎると低融点金属５、４５、５５、６５、７５、８５、１０５、１１５、１２５を熱で溶断できない。
【００３０】
抵抗素子のジュール熱による発熱量は消費電力Ｗに比例する。抵抗素子の発熱量Ｑ（ｃａｌ）は、Ｑ＝０．２４ＷＴとなる。この式において、Ｗは消費電力、Ｔは時間（ｓｅｃ）である。
【００３１】
この式から、抵抗素子は消費電力に比例して発熱量が大きくなる。いいかえると、消費電力が発熱量を特定する。たとえば、抵抗素子の消費電力を２倍にすると発熱量も２倍になる。抵抗素子の消費電力Ｗは、以下の式（１）で示すように、電気抵抗と供給電圧で特定される。
【００３２】
Ｗ＝Ｅ２／Ｒ…………（１）
ただし、この式において、Ｅは抵抗素子の供給電圧、Ｒは電気抵抗である。
【００３３】
この式に示すように、抵抗素子の消費電力は電気抵抗に反比例して大きくなる。したがって、抵抗素子は、電気抵抗が１／２になると消費電力と発熱量は２倍に、電気抵抗が１／３になると消費電力と発熱量は３倍になる。このことから、並列に接続している抵抗素子は、電気抵抗によって消費電力と発熱量が異なり、電気抵抗の小さいものは大きいものよりも発熱量が大きくなる。
【００３４】
図１５に示すように、加熱抵抗１８４をひとつの抵抗素子１８７とする従来の保護素子１８２は、加熱抵抗１８４の熱で低融点金属１８５を加熱して溶断するが、発熱量が大きすぎると、それ自体が焼損するので、加熱抵抗１８４の電気抵抗は、低融点金属１８５を溶断できるように小さい電気抵抗としながら、それ自体が焼損しない大きい電気抵抗とする必要がある。すなわち、加熱抵抗１８４は、電気抵抗を所定の範囲に設定している。加熱抵抗は電気抵抗が大きすぎると、発熱量が小さくなって低融点金属を溶断できなくなり、反対に電気抵抗が小さすぎると発熱量が大きすぎて、それ自体が焼損する。このことから、加熱抵抗の電気抵抗は、所定の供給電圧において、それ自体が焼損することなく、低融点金属を加熱して溶断できる発熱量となるように決定している。
【００３５】
ただ、加熱抵抗の消費電力と発熱量は、電気抵抗が一定であっても、供給電圧の２乗に比例して大きくなるので、供給電圧が規定値よりも大きくなると、発熱量が急激に大きくなって焼損する。たとえば加熱抵抗の供給電圧が規定電圧の２倍になると、発熱量は４倍に増加して加熱抵抗を焼損させる。焼損した加熱抵抗は電流が極端に少なくなってジュール熱を発生しなくなる。この加熱抵抗は、焼損した後の発熱量が極端に少なくなって低融点金属を加熱できなくなる。
【００３６】
以上の理由で、ひとつの抵抗素子からなる加熱抵抗が、損傷することなく低融点金属を加熱して溶断できる供給電圧は規定の範囲に制限される。供給電圧が規定範囲よりも低くなると、消費電力が小さくなって低融点金属を加熱して溶断できなくなり、反対に規定範囲よりも高くなると消費電力が大きくなってそれ自体が焼損して、低融点金属を加熱して溶断できなくなる。このため、ひとつの抵抗素子からなる加熱抵抗が低融点金属を加熱して溶断できる電圧範囲は規定の範囲に制限される。
【００３７】
本発明の保護素子は、図３ないし図１２に示すように、加熱抵抗４、４４、５４、６４、７４、８４、１０４、１１４、１２４に供給される電圧が大幅に変化しても、低融点金属５、４５、５５、６５、７５、８５、１０５、１１５、１２５を加熱して溶断できるように、複数の分流回路４Ａ、４４Ａ、５４Ａ、６４Ａ、７４Ａ、８４Ａ、１０４Ａ、１１４Ａ、１２４Ａで加熱抵抗４、４４、５４、６４、７４、８４、１０４、１１４、１２４を構成する。各々の分流回路４Ａ、４４Ａ、５４Ａ、６４Ａ、７４Ａ、８４Ａ、１０４Ａ、１１４Ａ、１２４Ａには、電気抵抗が異なる抵抗素子７、４７、５７、６７、７７、８７、１０７、１１７、１２７を接続している。電気抵抗の小さい抵抗素子７、４７、５７、６７、７７、８７、１０７、１１７、１２７は、低い供給電圧における消費電力と発熱量が大きく、供給電圧の低い状態で低融点金属５、４５、５５、６５、７５、８５、１０５、１１５、１２５を加熱して溶断する。電気抵抗の大きい抵抗素子７、４７、５７、６７、７７、８７、１０７、１１７、１２７は、高い供給電圧における消費電力と発熱量が大きく、供給電圧が高い状態で低融点金属５、４５、５５、６５、７５、８５、１０５、１１５、１２５を加熱して溶断する。図３ないし図１２の保護素子２、４２、５２、６２、７２、８２、１０２、１１２、１２２は、供給電圧の低い状態では、低抵抗な抵抗素子７、４７、５７、６７、７７、８７、１０７、１１７、１２７が低融点金属５、４５、５５、６５、７５、８５、１０５、１１５、１２５を加熱して溶断する。この状態で、高抵抗な抵抗素子７、４７、５７、６７、７７、８７、１０７、１１７、１２７は消費電力と発熱量が小さいために、低融点金属５、４５、５５、６５、７５、８５、１０５、１１５、１２５を加熱して溶断できない。供給電圧が高くなると、高抵抗な抵抗素子７、４７、５７、６７、７７、８７、１０７、１１７、１２７の消費電力と発熱量が大きくなって、低融点金属５、４５、５５、６５、７５、８５、１０５、１１５、１２５を加熱して溶断する。
【００３８】
図３、図４、図８ないし図１０、及び図１２の保護素子２、４２、８２、１０２、１２２は、加熱抵抗４、４４、８４、１０４、１２２の供給電圧が高くなると、低抵抗な抵抗素子７Ａ、４７Ａ、８７Ａ、１０７Ａ、１２７Ａの消費電力と発熱量が大きくなって焼損される。図５と図１１に示す保護素子５２、１１２は、抵抗素子５７Ａ、１１７Ａに電流制御素子５８、１１８を接続しているので、供給電圧が高くなると、電流制御素子５８、１１８で低抵抗な抵抗素子５７、１１７の電流を遮断する。ただ、電流制御素子を直列に接続する保護素子は、電流制御素子をＮＴＣとして、供給電圧が高くなるときに、電流制御素子でもって低抵抗な抵抗素子を焼損させることもできる。図３ないし図５、及び図８ないし図１２の保護素子２、４２、５２、８２、１０２、１１２、１２２は、加熱抵抗４、４４、５４、８４、１０４、１１４、１２４に供給される電圧が高くなると、低抵抗な抵抗素子７Ａ、４７Ａ、８７Ａ、１０７Ａ、１２７Ａを焼損して電流を遮断し、あるいは低抵抗な抵抗素子５７Ａ、１１７Ａに流れる電流を電流制御素子５８、１１８で減少して、低抵抗な抵抗素子５７Ａ、１１７Ａの焼損を防止する。
【００３９】
抵抗素子５７、１１７に直列に接続する電流制御素子５８、１１８をＰＴＣ５８Ａ、１１８Ａとする保護素子５２、１１２は、供給電圧が高くなると、ＰＴＣ５８Ａ、１１８Ａの電気抵抗が急激に増加して、これに接続している抵抗素子５７、１１７の電流を著しく減少させて、実質的にはほとんど流れなくする。図５に示すように、２回路の分流回路５４Ａを並列に接続する保護素子５２は、電気抵抗の小さい低抵抗な抵抗素子５７Ａと直列に、電流制御素子５８のＰＴＣ５８Ａを接続して、電気抵抗の大きい抵抗素子５７Ｂには電流制御素子を接続しない。ＰＴＣ５８Ａ、１１８Ａは、トリップ電圧よりも低い電圧において電気抵抗が小さく、印加電圧がトリップ電圧よりも高くなるとトリップして電気抵抗が急激に増加する素子である。ＰＴＣ５８Ａ、１１８Ａの電気抵抗が急激に増加する電圧がトリップ電圧である。
【００４０】
電流制御素子５８、１１８をＰＴＣ５８Ａ、１１８Ａとする保護素子５２、１１２は、ＰＴＣ５８Ａ、１１８Ａの印加電圧がトリップ電圧よりも高くなると、ＰＴＣ５８Ａ、１１８Ａの電気抵抗が急激に大きくなる。この状態で、低抵抗な抵抗素子５７Ａ、１１７Ａの電流は著しく減少し、実質的には電流が遮断される。加熱抵抗５４、１１４に供給される電圧は、ＰＴＣ５８Ａ、１１８Ａと低抵抗な抵抗素子５７Ａ、１１７Ａとに分圧されるので、供給電圧が分圧してＰＴＣ５８Ａ、１１８Ａに供給され、ＰＴＣ５８Ａ、１１８Ａの印加電圧がトリップ電圧を越えると、ＰＴＣ５８Ａ、１１８Ａは電気抵抗が急激に増加する。分圧して供給されるＰＴＣ５８Ａ、１１８Ａの印加電圧がトリップ電圧よりも低いとき、ＰＴＣ５８Ａ、１１８Ａは極めて低抵抗な状態にある。したがって、この状態で、ＰＴＣ５８Ａ、１１８Ａは、これと直列に接続している低抵抗な抵抗素子５７Ａ、１１７Ａの電流を遮断しない。この状態において、ＰＴＣ５８Ａ、１１８Ａと直列に接続している低抵抗な抵抗素子５７Ａ、１１７Ａは、ＰＴＣ５８Ａ、１１８Ａに電流が遮断されることなく、電流が流れてジュール熱で発熱する。したがって、低抵抗な抵抗素子５７Ａ、１１７Ａは、供給電圧が低い状態ではＰＴＣ５８Ａ、１１８Ａで電流が遮断されず、供給電圧が高くなると、ＰＴＣ５８Ａ、１１８Ａで電流が電流が遮断される。このため、低抵抗な抵抗素子５７Ａ、１１７Ａは、供給電圧が低いときにジュール熱で発熱し、供給電圧が高くなるとＰＴＣ５８Ａ、１１８Ａで電流が遮断される。したがって、低抵抗な抵抗素子５７Ａ、１１７Ａは、加熱抵抗５４、１１４の供給電圧が高くなっても、大電流で焼損されない。
【００４１】
加熱抵抗４、４４、５４、８４、１０４、１１４、１２４の供給電圧が高くなると、低抵抗な抵抗素子７Ａ、４７Ａ、５７Ａ、８７Ａ、１０７Ａ、１１７Ａ、１２７Ａの電流は遮断され、これに代わって、高抵抗な抵抗素子７Ｂ、４７Ｂ、５７Ｂ、８７Ｂ、１０７Ｂ、１１７Ｂ、１２７Ｂが低融点金属５、４５、５５、８５、１０５、１１５、１２５を加熱して溶断するようになる。高抵抗な抵抗素子７Ｂ、４７Ｂ、５７Ｂ、８７Ｂ、１０７Ｂ、１１７Ｂ、１２７Ｂの消費電力が増加してジュール熱が大きくなるからである。すなわち、供給電圧が低いときは、低抵抗な抵抗素子７Ａ、４７Ａ、５７Ａ、８７Ａ、１０７Ａ、１１７Ａ、１２７Ａが低融点金属５、４５、５５、８５、１０５、１１５、１２５を加熱して溶断し、供給電圧が高い状態では、高抵抗な抵抗素子７Ｂ、４７Ｂ、５７Ｂ、８７Ｂ、１０７Ｂ、１１７Ｂ、１２７Ｂが低融点金属５、４５、５５、８５、１０５、１１５、１２５を加熱して溶断する。
【００４２】
以上のように、供給電圧が低いときに低抵抗な抵抗素子７Ａ、４７Ａ、５７Ａ、８７Ａ、１０７Ａ、１１７Ａ、１２７Ａが低融点金属５、４５、５５、８５、１０５、１１５、１２５を加熱して溶断し、供給電圧が高くなると高抵抗な抵抗素子７Ｂ、４７Ｂ、５７Ｂ、８７Ｂ、１０７Ｂ、１１７Ｂ、１２７Ｂが低融点金属５、４５、５５、８５、１０５、１１５、１２５を溶断するように、低抵抗な抵抗素子７Ａ、４７Ａ、５７Ａ、８７Ａ、１０７Ａ、１１７Ａ、１２７Ａと高抵抗な抵抗素子７Ｂ、４７Ｂ、５７Ｂ、８７Ｂ、１０７Ｂ、１１７Ｂ、１２７Ｂの電気抵抗が特定される。
【００４３】
抵抗素子７Ａ、４７Ａ、５７Ａ、８７Ａ、１０７Ａ、１１７Ａ、１２７Ａ、７Ｂ、４７Ｂ、５７Ｂ、８７Ｂ、１０７Ｂ、１１７Ｂ、１２７Ｂの電気抵抗は、供給電圧と、消費電力と、発熱量と、低融点金属５、４５、５５、８５、１０５、１１５、１２５を溶断できる熱量とを考慮して特定される。たとえば、抵抗素子７Ａ、４７Ａ、５７Ａ、８７Ａ、１０７Ａ、１１７Ａ、１２７Ａ、７Ｂ、４７Ｂ、５７Ｂ、８７Ｂ、１０７Ｂ、１１７Ｂ、１２７Ｂの消費電力を５Ｗ以上として、低融点金属５、４５、５５、８５、１０５、１１５、１２５を加熱して溶断できるとし、かつ低抵抗な抵抗素子７Ａ、４７Ａ、５７Ａ、８７Ａ、１０７Ａ、１１７Ａ、１２７Ａでもって、５Ｖ以上の供給電圧で低融点金属５、４５、５５、８５、１０５、１１５、１２５を加熱して溶断するとすれば、低抵抗な抵抗素子７Ａ、４７Ａ、５７Ａ、８７Ａ、１０７Ａ、１１７Ａ、１２７Ａの電気抵抗は５Ωとなる。
【００４４】
低抵抗な抵抗素子７Ａ、４７Ａ、５７Ａ、８７Ａ、１０７Ａ、１１７Ａ、１２７Ａは、供給電圧が高くなると消費電力が大きくなって焼損する。抵抗素子７Ａ、４７Ａ、５７Ａ、８７Ａ、１０７Ａ、１１７Ａ、１２７Ａが焼損する消費電力を１５Ｗより大きくすると、低抵抗な抵抗素子７Ａ、４７Ａ、５７Ａ、８７Ａ、１０７Ａ、１１７Ａ、１２７Ａに供給できる最高電圧は８．６Ｖとなる。抵抗素子７Ａ、４７Ａ、５７Ａ、８７Ａ、１０７Ａ、１１７Ａ、１２７Ａの供給電圧がこの電圧を越えると、消費電力が１５Ｗを越えて焼損するからである。
【００４５】
低抵抗な抵抗素子５７Ａ、１１７Ａに直列に接続しているＰＴＣ５８Ａ、１１８Ａは、低抵抗な抵抗素子５７Ａ、１１７Ａの供給電圧が上昇するときに電気抵抗が大きくなって、低抵抗な抵抗素子５７Ａ、１１７Ａの供給電圧を８．６Ｖ未満に制限する。たとえば、ＰＴＣ５８Ａ、１１８Ａは低抵抗な抵抗素子５７Ａ、１１７Ａの供給電圧が８Ｖを越えると、トリップして電気抵抗が急激に大きくなる。ＰＴＣ５８Ａ、１１８Ａは、低抵抗な抵抗素子５７Ａ、１１７Ａと直列に接続されるので、低抵抗な抵抗素子５７Ａ、１１７Ａの電圧が８Ｖ未満では、電気抵抗が極めて小さく、低抵抗な抵抗素子５７Ａ、１１７Ａの電流を小さく制限しない。ＰＴＣ５８Ａ、１１８Ａがトリップして電気抵抗が大きくなる状態で、高抵抗な抵抗素子５７Ｂ、１１７Ｂが低融点金属５５、１１５を加熱して溶断する。
【００４６】
高抵抗な抵抗素子７Ｂ、４７Ｂ、５７Ｂ、８７Ｂ、１０７Ｂ、１１７Ｂ、１２７Ｂは、電気抵抗を１０Ωとする。この高抵抗な抵抗素子７Ｂ、４７Ｂ、５７Ｂ、８７Ｂ、１０７Ｂ、１１７Ｂ、１２７Ｂは、供給電圧が７．１Ｖを越えるときに消費電力が５Ｗを越えて、低融点金属５、４５、５５、６５、７５、８５、１０５、１１５、１２５を溶断する。この電気抵抗の高抵抗な抵抗素子７Ｂ、４７Ｂ、５７Ｂ、８７Ｂ、１０７Ｂ、１１７Ｂ、１２７Ｂは、供給電圧が１２．２Ｖとなると、消費電力が１５Ｗとなるので、高抵抗な抵抗素子７Ｂ、４７Ｂ、５７Ｂ、８７Ｂ、１０７Ｂ、１１７Ｂ、１２７Ｂの供給電圧が１２．２Ｖになるまで発熱して、低融点金属５、４５、５５、６５、７５、８５、１０５、１１５、１２５を溶断する。
【００４７】
以上のことから、消費電力を５Ｗ〜１５Ｗとする範囲で低融点金属５、４５、５５、６５、７５、８５、１０５、１１５、１２５を溶断できるふたつの抵抗素子７Ａ、４７Ａ、５７Ａ、８７Ａ、１０７Ａ、１１７Ａ、１２７Ａ、７Ｂ、４７Ｂ、５７Ｂ、８７Ｂ、１０７Ｂ、１１７Ｂ、１２７Ｂであって、電気抵抗を５Ωとする抵抗素子７Ａ、４７Ａ、５７Ａ、８７Ａ、１０７Ａ、１１７Ａ、１２７Ａと、１０Ωとする抵抗素子７Ｂ、４７Ｂ、５７Ｂ、８７Ｂ、１０７Ｂ、１１７Ｂ、１２７Ｂとを分流回路４Ａ、４４Ａ、５４Ａ、８４Ａ、１０４Ａ、１１４Ａ、１２４Ａの抵抗素子７、４７、５７、８７、１０７、１１７、１２７とする加熱抵抗４、４４、５４、８４、１０４、１１４、１２４は、抵抗素子７、４７、５７、８７、１０７、１１７、１２７の供給電圧が５Ｖ〜１２．２Ｖとなる広い範囲で低融点金属５、４５、５５、８５、１０５、１１５、１２５を加熱して溶断できる。とくに、図５と図１１に示す保護素子５２、１１２は、供給電圧を５Ｖ〜８Ｖとする範囲では電気抵抗を５Ωとする抵抗素子５７Ａ、１１７Ａが低融点金属５５、１１５を加熱して溶断し、供給電圧が８Ｖを越えて、ＰＴＣ５８Ａ、１１８Ａがトリップして電気抵抗が大きくなった後は、電気抵抗を１０Ωとする抵抗素子５７Ｂ、１１７Ｂが低融点金属５５、１１５を加熱して溶断する。
【００４８】
保護素子は、図６と図７に示すように、分流回路６４Ａ、７７Ａを３回路として、さらに使用できる電圧範囲を広くできる。たとえば、分流回路６４Ａ、７７Ａを３回路とする保護素子６２、７２は、抵抗素子６７Ａ、７７Ａ、６７Ｂ、７７Ｂ、６７Ｃ、７７Ｃの電気抵抗を５Ω、１０Ω、２０Ωとして、抵抗素子６７Ａ、７７Ａ、６７Ｂ、７７Ｂ、６７Ｃ、７７Ｃに供給される電圧範囲を、５Ｖ〜１７．３Ｖと広くできる。
【００４９】
さらに、図７の保護素子７２は、５Ωと１０Ωの抵抗素子７７に、電流制御素子７８のＰＴＣ７８Ａを直列に接続している。ＰＴＣ７８Ａは、直列に接続している抵抗素子７７の消費電力が焼損する前にトリップする。トリップしたＰＴＣ７８Ａは、電気抵抗が大きくなって、直列に接続している抵抗素子７７の電流を実質的に遮断する。図７の保護素子７２は、複数の分流回路７４Ａを備えて、最も電気抵抗の大きい抵抗素子７７Ｃには電流制御素子を接続していないが、全ての抵抗素子に直列に電流制御素子を接続することもできる。各々の電流制御素子は、直列に接続している抵抗素子が焼損する前に電気抵抗を大きくして、抵抗素子の電流を実質的に遮断する。
【００５０】
以上の保護素子２、４２、５２、６２、７２、８２、１０２、１１２、１２２は、各々の抵抗素子７、４７、５７、６７、７７、８７、１０７、１１７、１２７が低融点金属５、４５、５５、６５、７５、８５、１０５、１１５、１２５を加熱して溶断できる消費電力範囲を、５Ｗ〜１５Ｗの一定とするが、各々の抵抗素子は、低融点金属を溶断できる消費電力範囲を全て一定とする必要はない。たとえば、各々の抵抗素子は、低融点金属を溶断できる消費電力範囲を異なるようにすることもできるからである。たとえば、抵抗素子は、低融点金属との熱結合状態によって、低融点金属を溶断できる消費電力範囲が変化する。熱結合が少なく、抵抗素子から低融点金属への熱伝導率の小さい抵抗素子は、低融点金属を溶断できる消費電力が大きくなる。反対に熱結合が大きく、抵抗素子から低融点金属への熱伝導率が大きい抵抗素子は、小さい消費電力で低融点金属を溶断できるからである。
【００５１】
保護素子は、分流回路の数を多くして、使用できる供給電圧範囲、すなわち加熱抵抗で低融点金属を溶断できる電圧範囲を大きくできる。保護素子は、並列に接続する分流回路の数を、直列に接続される電池の個数に対応することができる。ただ、保護素子は、必ずしも、並列に接続する分流回路の数と、直列に接続される電池の個数とを等しくする必要はない。たとえば、抵抗素子に、低融点金属を溶断できる電圧範囲が広いものを使用して、ひとつの分流回路に複数の電池を対応させることもできる。すなわち、並列接続する分流回路の数を、直列接続される電池の個数よりも少なくすることができる。
【００５２】
保護素子は、電流制御素子に、ＰＴＣに代わってヒューズを使用することもできる。ヒューズは、所定の所定の電流が流れると溶断して電流を遮断する。電流制御素子をヒューズとする保護素子は、保護素子のＰＴＣがトリップする電圧で、ヒューズを溶断して、抵抗素子の電流を遮断する。この保護素子は、ＰＴＣを溶断して抵抗素子の電流を遮断するので、供給電圧が高くなっても、抵抗素子を焼損しない。
【００５３】
また、保護素子は、電流制御素子として、ＰＴＣに代わってブレーカを使用することもできる。ブレーカは、所定の電流が流れると電流を遮断する。したがって、電流制御素子をブレーカとする保護素子は、保護素子のＰＴＣがトリップする電圧で、ブレーカで抵抗素子の電流を遮断するので、供給電圧が高くなっても、抵抗素子を焼損することがない。
【００５４】
さらに、保護素子は、電流制御素子として、ＰＴＣに代わってＮＴＣを使用することもできる。ＮＴＣは、ＰＴＣとは反対に、温度が高くなると電気抵抗が減少する。したがって、この保護素子は、供給電圧が高くなると、ＮＴＣの電気抵抗が減少して、これと直列に接続している抵抗素子の電流を増加させる。したがって、この保護素子は、供給電圧が高くなると、ＮＴＣと直列に接続している抵抗素子を確実に焼損させて、焼損しない抵抗素子で低融点金属を加熱して溶断する。
【００５５】
図３ないし図１２に示す保護素子２、４２、５２、６２、７２、８２、１０２、１１２、１２２は、加熱抵抗４、４４、５４、６４、７４、８４、１０４、１１４、１２４を、基板１４、４１４、５１４、６１４、７１４、８１４、１０１４、１１１４、１２１４の表面に設けられた電気抵抗の異なる複数の抵抗膜１５、４１５、５１５、６１５、７１５、８１５、１０１５、１１１５、１２１５とする。すなわち、分流回路４Ａ、４４Ａ、５４Ａ、６４Ａ、７４Ａ、８４Ａ、１０４Ａ、１１４Ａ、１２４Ａの抵抗素子７、４７、５７、６７、７７、８７、１０７、１１７、１２７を、基板表面に設けている抵抗膜１５、４１５、５１５、６１５、７１５、８１５、１０１５、１１１５、１２１５としている。電気抵抗が異なる複数の抵抗膜１５、４１５、５１５、６１５、７１５、８１５、１０１５、１１１５、１２１５は、互いに並列に接続されて加熱抵抗４、４４、５４、６４、７４、８４、１０４、１１４、１２４を構成する。
【００５６】
図３、及び図５ないし図１２に示す保護素子２、５２、６２、７２、８２、１０２、１１２、１２２は、電気抵抗が異なる抵抗膜１５、５１５、６１５、７１５、８１５、１０１５、１１１５、１２１５を、基板１４、５１４、６１４、７１４、８１４、１０１４、１１１４、１２１４の表面にスリット１６、５１６、６１６、７１６、８１６、１０１６、１１１６、１２１６を介して平行に配設している。
【００５７】
さらに、図３ないし図７、及び図１２に示す抵抗膜１５、４１５、５１５、６１５、７１５、１２１５の抵抗素子７、４７、５７、６７、７７、１２７は、低融点金属５、４５、５５、６５、７５、１２５に接近して配設されて、低融点金属５、４５、５５、６５、７５、１２５を加熱する。とくに、図４の保護素子４２は、低融点金属４５と抵抗膜４１５の抵抗素子４７とを互いに接近して平行に配設して、抵抗膜４１５の抵抗素子４７で効率よく低融点金属４５を加熱する。これ等の図に示す保護素子２、４２、５２、６２、７２、１２２は、絶縁基板１４、４１４、５１４、６１４、７１４、１２１４の表面に分離して、低融点金属５、４５、５５、６５、７５、１２５と、抵抗素子７、４７、５７、６７、７７、１２７の抵抗膜１５、４１５、５１５、６１５、７１５、１２１５を積層して固定している。
【００５８】
図８ないし図１１の保護素子８２、１０２、１１２は、低融点金属８５、１０５、１１５と、抵抗素子８７、１０７、１１７の抵抗膜８１５、１０１５、１１１５を、間に絶縁材８１９、１０１９、１１１９を介在して積層している。この保護素子８２、１０２、１１２は、抵抗膜８１５、１０１５、１１１５の抵抗素子８７、１０７、１１７の熱で効率よく低融点金属８５、１０５、１１５を加熱して溶断できる。抵抗膜８１５、１０１５、１１１５の抵抗素子８７、１０７、１１７と、低融点金属８５、１０５、１１５とが絶縁材８１９、１０１９、１１１９を介して広い面積で接するために、抵抗膜８１５、１０１５、１１１５の抵抗素子８７、１０７、１１７の熱が広い面積で低融点金属８５、１０５、１１５に効率よく伝導されるからである。
【００５９】
図９の断面図に示す保護素子８２は、絶縁材８１９を絶縁基板８１４とする。この保護素子８２は、基板８１４の片面に抵抗膜８１５の抵抗素子８７を、反対面に低融点金属８５を固定している。この保護素子８２は、抵抗膜８１５と低融点金属８５を固定するための基板８１４を、抵抗膜８１５と低融点金属８５の絶縁材８１９に併用するので簡単な構造にできる。
【００６０】
また、図１０の保護素子１０２は、絶縁基板１０１４の表面に抵抗膜１０１５の抵抗素子１０７を固定し、この抵抗膜１０１５の表面を絶縁材１０１９で被覆して、絶縁材１０１９の表面に低融点金属１０５を積層している。この保護素子１０２は、絶縁材１０１９に抵抗膜１０１５を支持する強度が要求されず、絶縁材１０１９を薄くして抵抗膜１０１５の抵抗素子１０７から低融点金属１０５への熱伝導効率を高くできる。
【００６１】
基板１４、４１４、５１４、６１４、７１４、８１４、１０１４、１１１４、１２１４に設けられる抵抗膜１５、４１５、５１５、６１５、７１５、８１５、１０１５、１１１５、１２１５からなる抵抗素子７、４７、５７、６７、７７、８７、１０７、１１７、１２７は、分流回路４Ａ、４７Ａ、５７Ａ、６７Ａ、７７Ａ、８７Ａ、１０７Ａ、１１７Ａ、１２７Ａにより電気抵抗が異なる。基板１４、４１４、５１４、６１４、７１４、８１４、１０１４、１１１４、１２１４に設けられる抵抗膜１５、４１５、５１５、６１５、７１５、８１５、１０１５、１１１５、１２１５の電気抵抗は、厚さで電気抵抗をコントロールできる。抵抗膜１５、４１５、５１５、６１５、７１５、８１５、１０１５、１１１５、１２１５は、厚くして電気抵抗を小さく、薄くして電気抵抗を大きくできる。したがって、基板１４、４１４、５１４、６１４、７１４、８１４、１０１４、１１１４、１２１４の表面に設けられる複数の抵抗膜１５、４１５、５１５、６１５、７１５、８１５、１０１５、１１１５、１２１５は、厚さが異なるようにして、電気抵抗の異なる抵抗素子７、４７、５７、６７、７７、８７、１０７、１１７、１２７とすることができる。抵抗膜１５、４１５、５１５、６１５、７１５、８１５、１０１５、１１１５、１２１５は、導電ペーストを基板１４、４１４、５１４、６１４、７１４、８１４、１０１４、１１１４、１２１４に塗布して設けられるので、導電ペーストを塗布する回数で抵抗膜１５、４１５、５１５、６１５、７１５、８１５、１０１５、１１１５、１２１５の厚さをコントロールできる。導電ペーストは、金属やカーボン等の導電粉末をバインダーに分散してものである。この導電ペーストはバインダーを硬化させ、あるいはバインダーを消失して所定の電気抵抗の抵抗膜１５、４１５、５１５、６１５、７１５、８１５、１０１５、１１１５、１２１５とする。
【００６２】
また、基板に設ける抵抗膜は、幅で電気抵抗をコントロールすることもできる。抵抗膜は、幅を広くして電気抵抗を小さくし、幅を狭くして電気抵抗を大きくできる。したがって、基板の表面に、長さと厚さを同じとして、幅の異なる複数の抵抗膜を設けて、電気抵抗が異なる抵抗素子とすることもできる。この構造は、基板に所定の面積に抵抗膜を設け、この抵抗膜にスリットを設けて、スリットで複数の抵抗膜に分割して、電気抵抗が異なる抵抗素子とすることができる。
【００６３】
さらに、抵抗膜の電気抵抗は、図１３に示すように、電流の経路を長くするようにスリット１３１７を設けて電気抵抗をコントロールすることもできる。この図の保護素子１３２は、一方の抵抗膜１３１５にスリット１３１７を設けて電気抵抗を大きくしている。この抵抗膜１３１５は、横方向に複数のスリット１３１７を設けているが、図１４に示すように、抵抗膜１４１５の縦方向に電流経路を長くするスリット１４１７を設けて電気抵抗を大きくすることもできる。なお、図１３と図１４に示す実施例において、前述の実施例と同じ構成要素については、上２桁を除く下桁に同符号を付して、その説明を省略している。
【００６４】
さらに、抵抗膜１５、４１５、５１５、６１５、７１５、８１５、１０１５、１１１５、１２１５、１３１５、１４１５の電気抵抗は、抵抗膜の抵抗率でコントロールすることもできる。抵抗率の小さい導電ペーストを塗布して電気抵抗の小さい抵抗膜とし、また抵抗率の高い導電ペーストを塗布して電気抵抗の高い抵抗膜とすることができる。この抵抗膜は、幅と長さを同じにして、抵抗率で電気抵抗をコントロールできる。抵抗膜の抵抗率は、導電ペーストに含まれる導電粉末の添加量や種類でコントロールできる。たとえば、導電粉末の添加量の多い導電ペーストを基板に塗布して電気抵抗の小さい抵抗膜を設け、導電粉末の添加量の少ない導電ペーストを基板に塗布して電気抵抗の大きい抵抗膜を設けることができる。さらに、電気抵抗の小さい金属粉末等の導電粉末を添加する導電ペーストを基板に塗布して電気抵抗の小さい抵抗膜を設け、カーボン等の電気抵抗の大きい導電粉末の導電ペーストを基板に塗布して電気抵抗の大きい抵抗膜を設けることもできる。
【００６５】
以上のように、抵抗膜１５、４１５、５１５、６１５、７１５、８１５、１０１５、１１１５、１２１５、１３１５、１４１５の電気抵抗は、膜厚、幅、スリット、抵抗率等でコントロールできるが、これ等を組み合わせて抵抗膜の電気抵抗を所定の値とすることもできる。
【００６６】
以上の保護素子を内蔵するパック電池は、電池１が正常な状態にあるときに、制御回路６がスイッチング素子３をオフに保持する。スイッチング素子３がオフ状態にあると、加熱抵抗４には電流が流れない。したがって、低融点金属５が加熱抵抗４に加熱されることがなく、低融点金属５が溶断されることはない。したがって、電池１は低融点金属５を介してパック電池の出力端子１０に接続される。この状態で、パック電池は充電され、あるいは放電される。
【００６７】
電池１が異常に状態になると、制御回路６はスイッチング素子３をオフからオンに切り換える。オンになったスイッチング素子３は、加熱抵抗４に加熱電流を流す。加熱抵抗４は、加熱電流によるジュール熱で加熱される。加熱された加熱抵抗４は、低融点金属５を加熱して溶断する。低融点金属５が溶断されると、電池１はパック電池の出力端子１０から切り離されて、電流が遮断される。
【００６８】
図３、図４、図６、図８ないし図１０、図１２ないし図１４に示す保護素子２、４２、６２、８２、１０２、１２２、１３２、１４２は、供給電圧が高いと低抵抗な抵抗素子７、４７、６７、８７、１０７、１２７、１３７、１４７を焼損させて、残りの抵抗素子７、４７、６７、８７、１０７、１２７、１３７、１４７で低融点金属５、４５、６５、８５、１０５、１２５、１３５、１４５を加熱して溶断する。図５、図７、及び図１１に示す保護素子５２、７２、１１２は、供給電圧が高いと、電流制御素子５８、７８、１１８が低抵抗な抵抗素子５７、７７、１１７の電流を制御して、残りの抵抗素子５７、７７、１１７で低融点金属５５、７５、１１５を加熱して溶断する。焼損され、あるいは電流制御素子５８、７８、１１８で電流制御される抵抗素子５７、７７、１１７の個数は、供給電圧によって変化する。いいかえると、パック電池に内蔵される電池の個数や種類によって焼損する抵抗素子５７、７７、１１７の個数が変化する。複数の電池を直列に接続しているパック電池は、直列接続する電池の個数が多くなって、電圧が高くなると、焼損され、あるいは電流制御される抵抗素子５７、７７、１１７の個数が多くなる。
【００６９】
直列に接続する電池１の個数が多くなって出力電圧を高くしているパック電池は、スイッチング素子３がオンになる状態で、電気抵抗の小さい抵抗素子７が低融点金属５を加熱し、供給電圧が高くなると、電気抵抗の小さい抵抗素子７から焼損し、あるいは電流制御素子８がこれと直列に接続している抵抗素子７の電流を制御して、最適な電気抵抗の抵抗素子７が低融点金属５を加熱して溶断する。
【図面の簡単な説明】
【００７０】
【図１】従来のパック電池の回路図である。
【図２】本発明の一実施例にかかるパック電池の回路図である。
【図３】図２に示すパック電池の保護素子の概略平面図である。
【図４】保護素子の他の一例を示す概略平面図である。
【図５】保護素子の他の一例を示す概略平面図である。
【図６】保護素子の他の一例を示す概略平面図である。
【図７】保護素子の他の一例を示す概略平面図である。
【図８】保護素子の他の一例を示す概略平面図である。
【図９】図８に示す保護素子の断面図である。
【図１０】保護素子の他の一例を示す断面図である。
【図１１】保護素子の他の一例を示す概略平面図である。
【図１２】保護素子の他の一例を示す概略平面図である。
【図１３】保護素子の他の一例を示す概略平面図である。
【図１４】保護素子の他の一例を示す概略平面図である。
【図１５】従来の保護素子を示す回路図である。
【符号の説明】
【００７１】
１…電池
２、４２、５２、６２、７２、８２、１０２、１１２、１２２、１３２、１４２…保護素子
３…スイッチング素子
４、４４、５４、６４、７４、８４、１０４、１１４、１２４、１３４、１４４…加熱抵抗
４Ａ、４４Ａ、５４Ａ、６４Ａ、７４Ａ、８４Ａ、１０４Ａ、１１４Ａ、１２４Ａ、１３４Ａ、１４４Ａ…分流回路
５、４５、５５、６５、７５、８５、１０５、１１５、１２５、１３５、１４５…低融点金属
６…制御回路
７、４７、５７、６７、７７、８７、１０７、１１７、１２７、１３７、１４７…抵抗素子
７Ａ、４７Ａ、５７Ａ、６７Ａ、７７Ａ、８７Ａ、１０７Ａ、１１７Ａ、１２７Ａ、１３７Ａ、１４７Ａ…抵抗素子
７Ｂ、４７Ｂ、５７Ｂ、６７Ｂ、７７Ｂ、８７Ｂ、１０７Ｂ、１１７Ｂ、１２７Ｂ、１３７Ｂ、１４７Ｂ…抵抗素子
６７Ｃ、７７Ｃ…抵抗素子
５８、７８、１１８…電流制御素子
５８Ａ、７８Ａ、１１８Ａ…ＰＴＣ
１０…出力端子
１１、４１１、５１１、６１１、７１１、８１１、１０１１、１１１１、１２１１、１３１１、１４１１…電池端子
１２、４１２、５１２、６１２、７１２、８１２、１０１２、１１１２、１２１２、１３１２、１４１２…充電端子
１３、４１３、５１３、６１３、７１３、８１３、１１１３、１２１３、１３１３、１４１３…スイッチ端子
１４、４１４、５１４、６１４、７１４、８１４、１０１４、１１１４、１２１４、１３１４、１４１４…基板
１５、４１５、５１５、６１５、７１５、８１５、１０１５、１１１５、１２１５、１３１５、１４１５…抵抗膜
１６、５１６、６１６、７１６、８１６、１０１６、１１１６、１２１６、１３１６、１４１６…スリット
１３１７、１４１７…スリット
１８、４１８、５１８、６１８、７１８、８１８、１１１８、１２１８、１３１８、１４１８…接続点
８１９、１０１９、１１１９…絶縁材
１８２…保護素子
１８４…加熱抵抗
１８５…低融点金属
１８７…抵抗素子
１９１…電池
１９２…保護素子
１９３…スイッチング素子
１９４…加熱抵抗
１９５…ヒューズ
１９６…制御回路
【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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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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