(57)【要約】  二次電池の過熱を効果的に防止できる過熱防止デバイスを提供する。過熱防止デバイス（２０）において、温度に応じて抵抗が変化する可変抵抗素子（１１）を電気装置（１）の所定の箇所に熱的に結合させて配置し、印加電圧に応じて電流制御するスイッチング素子（１５）を電気装置（１）に流れる電流を制御するようにして設ける。可変抵抗素子（１１）は電気装置（１）の所定の箇所が高温状態となったときにスイッチング素子（１５）の印加電圧を変化させて電気装置（１）に流れる電流を遮断する。【特許請求の範囲】
【請求項１】
温度に応じて抵抗が変化する可変抵抗素子を含む過熱防止デバイスであって、電気装置に流れる電流を印加電圧に応じて制御するスイッチング素子を更に含み、可変抵抗素子は電気装置の所定の箇所に熱的に結合して配置され、所定の箇所が高温状態となったときにスイッチング素子の印加電圧を変化させて電気装置に流れる電流を遮断することを特徴とする、過熱防止デバイス。
【請求項２】
電気装置は二次電池を含み、可変抵抗素子は二次電池に熱的に結合して配置される、請求項１に記載の過熱防止デバイス。
【請求項３】
可変抵抗素子がＰＴＣ素子である、請求項１または２に記載の過熱防止デバイス。
【請求項４】
可変抵抗素子は直列に電気接続された複数の可変抵抗素子で構成される、請求項１〜３のいずれかに記載の過熱防止デバイス。
【請求項５】
過熱防止デバイスは抵抗器を更に含み、
可変抵抗素子および抵抗器は互いに直列かつ電気装置に並列に電気接続され、
スイッチング素子は抵抗器に並列に電気接続されている、
請求項１〜４のいずれかに記載の過熱防止デバイス。
【請求項６】
スイッチング素子がＦＥＴであり、
ＦＥＴのゲートが可変抵抗素子と抵抗器の一端との間に電気接続され、
ＦＥＴのソースが抵抗器の他端に電気接続され、
ＦＥＴのソースおよびドレインが電気装置を含む電気回路の一部を構成するように電気接続され、
ＦＥＴのゲート−ソース間電圧が閾値以下になったときにＦＥＴのソース−ドレイン間に電流が実質的に流れなくなることにより、電気装置に流れる電流を遮断する、
請求項５に記載の過熱防止デバイス。
【請求項７】
ゲート−ソース間電圧の大きさは、以下の式（１）
【数１】
2005046017.tif 000004
（式中、ＶＧＳはゲート−ソース間電圧、Ｖ０は可変抵抗素子および抵抗器の両端電圧、Ｐは可変抵抗素子の抵抗、Ｒは抵抗器の抵抗である）
によって表される、請求項６に記載の過熱防止デバイス。
【請求項８】
電気装置の過電流を防止するために、温度に応じて抵抗が変化する別の可変抵抗素子を更に含む、請求項１〜７のいずれかに記載の過熱防止デバイス。
【請求項９】
別の可変抵抗素子がＰＴＣ素子である、請求項８に記載の過熱防止デバイス。
【請求項１０】
請求項１〜９のいずれかに記載の過熱防止デバイスを備える、電気装置。
【請求項１１】
電気装置は電気的要素と電気接続されて電気回路を構成する二次電池を含み、過熱防止デバイスは二次電池と電気的要素との間に並列に電気接続される、請求項１０に記載の電気装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は電気装置、例えば二次電池の過熱を防止するための過熱防止デバイスに関し、より詳細には、ＰＴＣ素子などの温度に応じて抵抗が変化する可変抵抗素子を用いた過熱防止デバイスに関する。更に、本発明はこのような過熱防止デバイスを備える電気装置に関する。【０００２】
尚、「ＰＴＣ素子」とは、電気／電子回路技術の分野において知られているように、正の温度係数（Positive Temperature Coefficient）を有するサーミスタを言う。ＰＴＣ素子の温度が比較的低いとき（例えば常温時）は、その電気抵抗も低いが、ＰＴＣ素子の温度がある温度（以下、トリップ温度と言う）を超えると電気抵抗が急激に増加する。本明細書において、ＰＴＣ素子の前者の状態をＬｏｗ状態、後者の状態をＨｉｇｈ状態とも言うものとする。ＰＴＣ素子のこのような温度依存電気特性（または抵抗変化）は可逆的である。
【背景技術】
【０００３】
近年、携帯電話などの電子／電気機器に内蔵される二次電池の過熱を防止するためにＰＴＣ素子が用いられている（例えば特許文献１を参照のこと）。【０００４】
１つの例として、このような過熱防止用ＰＴＣ素子が組み込まれた従来の電気回路のブロック図を図４に示す。図示するように、従来の電気回路６０においては、電子／電気機器（図示せず）に内蔵される二次電池６１が端子６７ａおよび６７ｂを介してアプリケーション回路６３と電気接続されている。また、二次電池６１とアプリケーション回路６３との間にはＰＴＣ素子６５が直列に挿入されている。このようなＰＴＣ素子６５は、二次電池６１の温度異常を検知し得るように電子／電気機器の内部にて二次電池６１に密着して配置される。【０００５】
上記のような電気回路６０にて二次電池６１を電源として用いてアプリケーション回路６３を駆動させると、二次電池６１における放電反応で発生する熱により二次電池６１の温度が上昇し得る。二次電池６１の温度上昇につれてＰＴＣ素子６５の温度も上昇するが、通常の状態ではＰＴＣ素子６５はトリップ温度未満であり、Ｌｏｗ状態にある。このとき、ＰＴＣ素子６５の抵抗値は十分に低いので、二次電池６１の放電に実質的に影響を与えない。【０００６】
しかし、二次電池６１における放電反応が過度に進行し、温度異常（異常発熱）を示すことが想定され得る。このような場合、二次電池６１の熱的影響を受けてＰＴＣ素子６５の温度がトリップ温度を超えると、Ｌｏｗ状態からＨｉｇｈ状態に遷移（トリップ）して、ＰＴＣ素子６５の電気抵抗が急激に増加する。これにより、ＰＴＣ素子６５に流れる電流、即ち、二次電池６１に流れる電流が著しく制限されることとなる。以上のようにして、二次電池６１の温度異常をＰＴＣ素子６５により検知して、二次電池６１の過熱を防止することができる。温度異常の要因が除去されれば、ＰＴＣ素子６５はやがて元のＬｏｗ状態に復帰する。【０００７】
また、ＰＴＣ素子６５は上述のような二次電池６１の過熱防止に加えて、過電流防止の機能をも果たす。【０００８】
過電流が生じていない通常の電流状態ではＰＴＣ素子６５はＬｏｗ状態にあり、二次電池６１の放電に実質的に影響を与えない。しかし、電気回路６０に流れる電流が過大となると、ＰＴＣ素子６５にてジュール熱が顕著に発生する。やがてＰＴＣ素子６５の温度がトリップ温度を超えると、Ｌｏｗ状態からＨｉｇｈ状態に遷移して、ＰＴＣ素子６５の電気抵抗が急激に増加し、二次電池に流れる電流が著しく制限されることとなる。これにより、ＰＴＣ素子６５は二次電池６１に流れる電流異常を検知して、過電流を防止することもできる。【０００９】
ＰＴＣ素子は、当該技術分野において知られているように、可逆的な温度依存電気特性（抵抗変化）を有するため、繰り返し使用可能（またはリセッタブル）である。このため、ＰＴＣ素子を二次電池の過熱防止等に利用すると、ヒューズのように使用する毎にこれを交換する必要がないという利点がある。【００１０】
【特許文献１】特開２００１−１０２０３９号公報
【特許文献２】特表２００２−５２８８７４号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１１】
図４を参照して上述したような従来の電気回路６０において二次電池６１の温度異常を検知するためには、二次電池６１の熱がＰＴＣ素子６５へ十分に伝わる必要がある。このため、二次電池６１の温度異常（または異常発熱）が、ＰＴＣ素子６５の密着部から離れた部分において局所的に生じている場合、二次電池６１の温度異常が生じてから、これをＰＴＣ素子６５により検知するまでに（即ち、ＰＴＣ素子６５の温度がトリップ温度を超えるに至るまでに）時間的な遅れ、即ちタイムラグを生じていた。このタイムラグが大きいと、二次電池の温度異常により起こり得る問題を十分に解消できなくなるため、タイムラグはなるべく小さいことが望ましい。【００１２】
タイムラグを短縮するために、例えば図４の電気回路６０において、１つのＰＴＣ素子６５に代えて、直列接続された複数のＰＴＣ素子（例えば特許文献２を参照のこと）を二次電池６１とアプリケーション回路６３との間に直列に挿入し、これらＰＴＣ素子を二次電池６１の複数箇所と密着させて配置することも考えられ得るであろう。しかしながら、ＰＴＣ素子の数が増えるにつれてそれらの合成抵抗が大きくなり、ＰＴＣ素子による電圧降下が無視できなくなる。よって、このような回路構成では、１つのＰＴＣ素子を用いる従来の回路構成（図４を参照のこと）に比べて、二次電池の通常の温度状態において、電気回路本来の目的とは異なる過熱防止目的のために組み込まれたＰＴＣ素子によって消費される電力が増大し、電気装置の電力効率が低下するという新たな問題を生じることとなる。【００１３】
この新たな問題を解決するため、Ｌｏｗ状態における抵抗値が極めて低いＰＴＣ素子を複数個用いることも考えられ得る。しかし、このような低抵抗ＰＴＣ素子はより抵抗の高いＰＴＣ素子に比べて占有空間が大きいため、実装スペースが限られている二次電池などに取り付けるには適さない。【００１４】
本発明は、上記のような従来の問題を解決すべくなされたものであり、本発明の目的は、例えば二次電池などの電気装置の過熱を効果的に防止することができる新規な過熱防止デバイスおよびこれを備える電気装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１５】
本発明の１つの要旨によれば、温度に応じて抵抗が変化する可変抵抗素子、例えばＰＴＣ素子を含む過熱防止デバイスであって、電気装置（電子装置を含む）に流れる電流を印加電圧に応じて制御するスイッチング素子を更に含み、可変抵抗素子は電気装置の所定の箇所に熱的に結合して配置され、所定の箇所が高温状態となったときにスイッチング素子の印加電圧を変化させて電気装置に流れる電流を遮断することができる、新規な過熱防止デバイスが提供される。【００１６】
従来は、温度異常の検知および温度異常を検知した場合の電流制限を可変抵抗素子のみで行っていた。このように可変抵抗素子（ＰＴＣ素子）を単独で用いる従来の場合とは異なり、本発明の過熱防止デバイスは、可変抵抗素子とスイッチング素子とを適切に組み合わせて用いるものである。本発明の過熱防止デバイスにおいては、可変抵抗素子で温度異常を検知し、温度異常を検知した場合には、可変抵抗素子がスイッチング素子の印加電圧を変化させることにより、電気装置に流れる電流を遮断するように制御できる。よって、可変抵抗素子それ自体は電気装置に流れる電流を制限するものではなく、可変抵抗素子は電気装置に直列に接続する必要はない。従って、本発明の過熱防止デバイスによれば、電気装置の電力効率の低下を無視し得る程度に維持しつつ、電気装置の温度異常（特に、局所的な温度異常）を速やかに検知して過熱を効果的に防止することができる。【００１７】
更に、本発明の過熱防止デバイスは、通常の温度状態における抵抗が極めて低い可変抵抗素子を用いる必要がなく、占有空間がより小さい可変抵抗素子を用いることができるので、実装スペースが限られている電気装置に適用するのに好都合である。【００１８】
本発明の１つの態様によれば、二次電池を含む電気装置において、可変抵抗素子は二次電池に熱的に結合して配置される。このような態様では、二次電池の所定の箇所にて温度異常を検知して二次電池に流れる電流を遮断することが可能となる。このような二次電池を含む電気装置は、例えばいわゆる電池パックの形態であってよい。【００１９】
本発明において、温度に応じて抵抗が変化する「可変抵抗素子」とは、該素子が曝される温度環境に依存して該素子の電気抵抗が変化するものを言う。可変抵抗素子は、例えばＰＴＣ素子であり、好ましくはポリマーＰＴＣ素子である。ＰＴＣ素子は電気／電子回路技術の分野において既知であるのでその詳細な説明は省略する。ポリマーＰＴＣ素子は、ＰＰＴＣ素子またはポリスイッチ（商標）とも呼ばれるものである。例えば、ポリマーＰＴＣ素子は、導電性フィラーが分散されたポリマー層を２枚の金属電極箔で挟んだ構造を有する。【００２０】
また、可変抵抗素子が対象物および／または対象箇所に「熱的に結合して配置される」とは、該対象物／対象箇所の温度環境に曝されるようにして配置されることを言う。例えば、可変抵抗素子が対象物／対象箇所に少なくとも部分的に接触して、好ましくはこれに密着して配置されることを意味する。本発明のように、可変抵抗素子を電気装置の所定の箇所に熱的に結合させて配置することにより、該所定の箇所の温度に依存して可変抵抗素子の抵抗を変化させることができ、該所定の箇所の温度異常を検知することができる。例えば、可変抵抗素子としてＰＴＣ素子を用いれば、該所定の箇所が過熱により高温状態となり、ＰＴＣ素子がトリップ温度以上に加熱されたときにＰＴＣ素子はＨｉｇｈ状態となり、その抵抗が急激に増大する。【００２１】
可変抵抗素子は少なくとも１つあればよいが、複数の可変抵抗素子を直列に電気接続して用いることが好ましい。複数の可変抵抗素子は別個に形成されていてよく、この場合、複数の可変抵抗素子を電気装置（例えば二次電池）の任意の様々な箇所に熱的に結合させて配置することができる。あるいは、複数の可変抵抗素子はその一部または全部が一体に形成されていてもよい（例えば特許文献２を参照のこと）。いずれにせよ、複数の可変抵抗素子を用いることにより、１つの可変抵抗素子を用いる場合に比べて、電気装置に局所的な温度以上が生じていても、その温度異常をより迅速に検知することができる。尚、これら複数の可変抵抗素子の全てが直列に電気接続されている必要はなく、当業者であれば、可変抵抗素子の配置等に応じて適宜改変し得るであろう。【００２２】
可変抵抗素子は特に過熱が起き易い箇所に配置してよいが、複数の可変抵抗素子を用いる場合には電気装置の表面に均等に配置してもよい。可変抵抗素子は１０ｃｍ２あたり少なくとも１個の割合で表面に配置することが好ましい。【００２３】
また、本発明において、印加電圧に応じて電流を制御する「スイッチング素子」とは、スイッチング素子に印加される電圧に依存して、電気装置に流れる電流のＯＮ／ＯＦＦを制御し得る素子を言う。以下、電気装置に流れる電流がスイッチング素子により実質的に制限されない状態を単に「ＯＮ」と言い、電気装置に流れるべき電流がスイッチング素子により遮断され、電気装置に電流が実質的に流れない状態を単に「ＯＦＦ」とも言うものとする。スイッチング素子は電界効果トランジスタ（Field-Effect Transistor）、即ちＦＥＴを含み、好ましくはＭＯＳＦＥＴである。ＦＥＴはスイッチング素子として電気／電子回路技術の分野において既知であるのでその詳細な説明は省略する。ＦＥＴには、ｎチャンネル型またはｐチャンネル型のいずれをも適宜用いることができる。【００２４】
本発明の１つの態様においては、過熱防止デバイスは抵抗器を更に含み、可変抵抗素子および抵抗器は互いに直列かつ電気装置に並列に電気接続され、スイッチング素子は抵抗器に並列に電気接続されている。このような構成によれば、複雑な制御回路を要することなく、極めて簡単な構成で本発明の目的を達成することができる。【００２５】
より具体的には、スイッチング素子にＦＥＴを用いる場合、ＦＥＴのゲートを可変抵抗素子と抵抗器の一端との間に電気接続し、ＦＥＴのソースを抵抗器の他端に電気接続し、ＦＥＴのソースおよびドレインが電気装置を含む電気回路の一部を構成するように電気接続する。このような構成によれば、ＦＥＴのゲート−ソース間電圧が閾値より高いときには、ソース−ドレイン間に電流が流れるので、電気装置に電流を流し（ＯＮ）、ゲート−ソース間電圧が閾値以下となったときには、ソース−ドレイン間に電流が実質的に流れなくなるので、電気装置に流れる電流を遮断する（ＯＦＦ）ことができる。【００２６】
この場合において、ゲート−ソース間電圧の大きさは、以下の式（１）
【数１】
2005046017.tif 000002
（式中、ＶＧＳ：ゲート−ソース間電圧、Ｖ０：可変抵抗素子および抵抗器の両端電圧、Ｐ：可変抵抗素子の抵抗、Ｒ：抵抗器の抵抗）
によって表される。【００２７】
１個の可変抵抗素子を用いる場合、式（１）中の抵抗Ｐは該可変抵抗素子そのものの抵抗であるが、ｎ個（ｎは自然数）の可変抵抗素子を直列に電気接続して用いる場合には、抵抗Ｐは、以下の式（２）により表されるように、個々の可変抵抗素子の抵抗ｐ１、ｐ２、ｐ３、・・・・ｐｎの合成抵抗となる。
【数２】
2005046017.tif 000003
【００２８】
抵抗器は周知の抵抗器であってよく、一般的には固定抵抗器である。固定抵抗器の抵抗は、多少の温度依存性が認められるものの、実質的に一定であるとみなし得る。他方、可変抵抗素子の抵抗Ｐは温度、より詳細には電気装置（例えば二次電池）と熱的に結合させた箇所の温度に依存して変化する。可変抵抗素子（複数の可変抵抗素子を用いる場合にはその全て）がＬｏｗ状態にある場合は、抵抗Ｐは比較的小さい所定の値（＝ＰＬ）である。可変抵抗素子（複数の可変抵抗素子を用いる場合にはそのうちの少なくとも１つ）がＨｉｇｈ状態にある場合は、抵抗Ｐは極めて大きな値（＝ＰＨ）となる。可変抵抗素子の状態に応じて電流のＯＮ／ＯＦＦを制御するためには、前者の場合にはゲート−ソース間電圧ＶＧＳが所定の閾値電圧Ｖｔｈよりも大きく、後者の場合にはゲート−ソース間電圧ＶＧＳが所定の閾値電圧Ｖｔｈ以下になるように、本発明の過熱防止デバイスを設計する。【００２９】
本発明を限定するものではないが、可変抵抗素子の抵抗Ｐと抵抗器の抵抗Ｒとの関係は、Ｒ／ＰＬ＞１０かつＲ／ＰＨ＜１／１０となるように設計することが好ましい。【００３０】
好ましい態様においては、本発明の過熱防止デバイスは、電気装置の過電流を防止するために、温度に応じて抵抗が変化する別の可変抵抗素子、例えばＰＴＣ素子を更に含む。過電流防止用の可変抵抗素子は、上記のような温度異常検知用の可変抵抗素子とは異なり、電気装置を含む電気回路に直列に電気接続される。【００３１】
本発明の１つの態様において、本発明の過熱防止デバイスと組み合わせて用いられ得る二次電池（またはセル）は、例えばニッケル水素二次電池、ニカド二次電池、リチウムイオン二次電池、リチウムマンガン二次電池、リチウムポリマー二次電池ならびにその他種々の二次電池であってよい。【００３２】
本発明の過熱防止デバイスは、例えば携帯電話、携帯情報端末（ＰＤＡ）、ノート型パソコン、デジタルカメラ、デジタルムービーなどの携帯型機器などに内蔵されるような二次電池の過熱防止のために用いられ得る。しかし、本発明の過熱防止デバイスはこれに限定されず、熱の蓄積が問題となる携帯型または移動可能な（または占有空間の制限を受け得るような）種々の電気装置において、様々な電気／電子部品の過熱防止のために用いられ得るであろう。【００３３】
また、本発明の別の要旨によれば、上記のような本発明の過熱防止デバイスを備える電気装置もまた提供される。本発明の１つの態様において、電気装置は電気的な要素と電気接続されて電気回路を構成する二次電池を含み、二次電池と要素との間に過熱防止デバイスが並列に電気接続される。電気的な要素には、例えば二次電池を電源として動作する種々のアプリケーション回路などの負荷、または二次電池の充電のための充電器などの外部電源を含む。このような電気装置は、上記に例示したような携帯型機器などであり得る。しかし、本発明の電気装置はこれに限定されず、二次電池に加えて、またはこれに代えて種々の部品を含む電気装置であってよい。
【発明の効果】
【００３４】
本発明によれば、例えば二次電池を含む電気装置の温度に依存して電気装置に流れる電流を遮断し、電気装置の過熱を効果的に防止することができる新規な過熱防止デバイスおよびこれを備える電気装置が提供される。ＰＴＣ素子のみで温度異常を検知して電気装置装置に流れる電流を制限する従来の場合と異なり、本発明の過熱防止デバイスおよび／または電気装置によれば、例えばＰＴＣ素子などの可変抵抗素子で温度異常を検知し、スイッチング素子を通じて電気装置に流れる電流を制御するので、電気装置の電力効率の低下を無視可能な程度に小さくすることができる。【００３５】
また、本発明において可変抵抗素子を複数個用いる場合には、複数の可変抵抗素子を電気装置の様々な箇所に取り付けることができるので、１つの可変抵抗素子を用いる場合に比べて、電気装置の温度異常をより迅速に検知することができ、局所的な温度異常の発生に好適に対処できる。
【図面の簡単な説明】
【００３６】
【図１】本発明の１つの実施形態における過熱防止デバイスが組み込まれた電気回路のブロック図である。
【図２】図１の実施形態における過熱防止デバイスの使用状態を説明する図であって、温度異常検知用ＰＴＣ素子が取り付けられた二次電池の斜視図である。
【図３】図１の実施形態の改変例を示す電気回路のブロック図である。
【図４】過熱防止用ＰＴＣ素子が組み込まれた従来の電気回路のブロック図である。
【符号の説明】
【００３７】
１  二次電池
３  アプリケーション回路
７ａ、７ｂ  端子
１０  電気回路
１１  ＰＴＣ素子（温度異常検知用）
１３  抵抗器
１５  ＦＥＴ
１７  ＰＴＣ素子（過電流防止用）
１９  配線
２０  過熱防止デバイス
【発明を実施するための最良の形態】
【００３８】
本発明の１つの実施形態における過熱防止デバイスおよびこれを備える電気装置（図示せず）について以下に説明する。【００３９】
図１は、本実施形態の過熱防止デバイス２０が組み込まれた、二次電池を含む電気回路１０のブロック図である。図１に示すように、概略的には、二次電池１がアプリケーション回路（電気的要素）３と端子７ａおよび７ｂを介して配線１９により電気接続されて電気回路１０を構成している。この電気回路１０において、二次電池１とアプリケーション回路３との間に過熱防止デバイス２０（図中、点線にて囲まれた部分）が並列に電気接続されて組み込まれている。本実施形態における電気装置（図示せず）は、端子７ａおよび７ｂより左側の二次電池１と過熱防止デバイス２０とを備える部分であり、いわゆる電池パックに相当する。アプリケーション回路３は端子７ａおよび７ｂを介してこの電気装置と着脱可能であり得る。【００４０】
この過熱防止デバイス２０においてはｎ個のＰＴＣ素子１１と抵抗器１３とが直列に接続されている。また、抵抗器１３とＦＥＴ１５とが並列に接続されているが、ＦＥＴ１５のゲート（Ｇ）はＰＴＣ素子１１と抵抗器１３の一端との間に電気接続され、ＦＥＴ１５のソース（Ｓ）は抵抗器１３の他端と電気接続されている。また、ＦＥＴ１５のドレイン（Ｄ）は、後述するオプションのＰＴＣ素子１７を介して、アプリケーション回路３に電気接続されており、ソース（Ｓ）およびドレイン（Ｄ）が二次電池１とアプリケーション回路３を含む電気回路の一部を構成するように配置されている。【００４１】
ＰＴＣ素子１１および抵抗器１３の両端電圧Ｖ０（即ち、図１のａ−ｂ間の電圧）は、二次電池１の両端電圧Ｖと等しい。また、ＦＥＴ１５のゲート−ソース間電圧ＶＧＳは、抵抗器１３の両端電圧に等しく、上述の式（１）にて表される。また、ｎ個のＰＴＣ素子の合成抵抗Ｐは、上述の式（２）により表される。【００４２】
ｎ個のＰＴＣ素子１１はいずれも二次電池１の温度異常検知用であり、例えば図２に示すように二次電池１の上面に密着して配置してよいが、これに限定されず、その側面および下面にも配置されていてよい。図２中、配線１９の位置ａおよびｂは、図１のブロック図に示す箇所ａおよびｂにそれぞれ相当する。尚、図２では例示的に４つのＰＴＣ素子１１を示すが、これより少ない、または多い数のＰＴＣ素子１１を用いてもよい。【００４３】
二次電池１には、例えばニカド二次電池、ニッケル水素二次電池、またはリチウムイオン二次電池などを用い得る。二次電池１の両端電圧Ｖは特に限定されないが、例えば約０．８〜３．２Ｖとされ得る。このような二次電池１に電気接続されるアプリケーション回路３には、任意の適切なアプリケーション回路または負荷を用い得る。【００４４】
ＰＴＣ素子１１には、二次電池１が過熱状態にあるかどうかの判断の基準温度がトリップ温度に対応するような、適切な電気特性を有するＰＴＣ素子を用いる。例えば、直流電源により各ＰＴＣ素子１１に約０．２Ｖの電圧を印加し、約２ｍＡの電流を流す条件下において、ＰＴＣ素子１１のトリップ温度は約７０〜１２０℃とされ得る。また、同条件下において、ＰＴＣ素子１１のＬｏｗ状態（典型的には素子温度  約２０℃）のときの抵抗値は約１０Ω〜１ｋΩ、ＰＴＣ素子１１のＨｉｇｈ状態（典型的には素子温度  約１００℃）のときの抵抗値は約１００Ω〜１０ｋΩとされ得る。【００４５】
ＰＴＣ素子１１の個数（ｎ）は、二次電池１の所望の温度検知箇所に応じて用い得る。ＰＴＣ素子１１を複数個用いる場合（即ち、ｎが２以上のとき）、そのうちの全てまたは一部が同じ電気特性を有していても、異なる電気特性を有していてもよい。これらＰＴＣ素子は二次電池の全表面になるべく均等に、例えば１０ｃｍ２あたり少なくとも１個の割合で配置することが好ましい。ＰＴＣ素子１１の数は、電気装置の全表面積にもよるが、一般的には２個〜約１０個である。【００４６】
また、抵抗器１３には任意の適切な固定抵抗器を用い得る。抵抗器１３の抵抗Ｒは、ＰＴＣ素子１１の抵抗Ｐ（＝Σｐ）に対して、Ｒ／ＰＬ＞１０かつＲ／ＰＨ＜１／１０となるように設計することが好ましい。ここで、ＰＬは全てのＰＴＣ素子１１がＬｏｗ状態にあるときの値であり、ＰＨは少なくとも１つのＰＴＣ素子１１がトリップしてＨｉｇｈ状態となったときの値である。【００４７】
ＦＥＴ１５にはｎチャンネル型ＭＯＳＦＥＴを用いる。このＦＥＴ１５の閾値電圧Ｖｔｈは、二次電池１の両端電圧、抵抗器１３の抵抗値、ＰＴＣ素子１１のトリップ温度、Ｌｏｗ状態およびＨｉｇｈ状態の抵抗値ならびにＰＴＣ素子１１の個数などの種々の因子にもよるが、例えば約０．８〜２．０Ｖとされ得る。【００４８】
更に、オプションとして、温度異常検知用のＰＴＣ素子１１に加えて過電流防止用のＰＴＣ素子１７を二次電池１とアプリケーション回路３との間に直列に電気接続して設け得る。図１には、ＰＴＣ素子１７はアプリケーション回路３とＦＥＴ１５のドレインとの間に設けるものとして示したが、これに限定されず、二次電池１とアプリケーション回路３との間のいずれかの箇所に直列に挿入されていればよい。過電流防止用のＰＴＣ素子１７には、二次電池１に流れる電流が過電流であるかどうかの判断の基準温度がトリップ温度に対応するような、適切な電気特性を有するＰＴＣ素子が用い得る。【００４９】
尚、各部材間の電気接続のための配線１９は一般的な配線であってよい。例えば銅、ニッケル、クロムなどの導電性材料が任意の適切な形態で用い得る。【００５０】
次に、上記のような電気回路１０の作動下での過熱防止デバイス２０の機能について説明する。【００５１】
まず、二次電池１が通常の温度状態、例えば二次電池１の表面温度が約−２０〜７０℃の状態では、全てのＰＴＣ素子１１がＬｏｗ状態にある。よって、各ＰＴＣ素子１１の抵抗ｐ１、ｐ２、ｐ３、・・・、ｐｎが小さく、これらの合成抵抗Ｐ（Σｐ）も小さい。この結果、ゲート−ソース間電圧ＶＧＳは比較的大きな値、例えば二次電池の両端電圧Ｖが約３Ｖであるときは約１．５〜２．０Ｖとなる。このようなゲート−ソース間電圧ＶＧＳは、例えば約０．８〜１．２Ｖの閾値電圧Ｖｔｈよりも高いので、ＦＥＴ１５のソース（Ｓ）−ドレイン（Ｄ）間に電流が流れ、二次電池１を含む電気回路１０に流れる電流をＯＮにする。【００５２】
次に、二次電池１における放電反応などにより二次電池１の温度が上昇すると、二次電池１に密着して配置したＰＴＣ素子１１の温度もこれにつれて上昇する。二次電池１が過熱状態となり、少なくとも１つのＰＴＣ素子１１の温度がそのトリップ温度を超えた場合には、Ｌｏｗ状態からＨｉｇｈ状態に遷移してそのＰＴＣ素子１１の抵抗Ｐｍ（但し、ｍは１〜ｎの任意の自然数）が急激に増加し、合成抵抗Ｐも急激に増加する。この結果、ゲート−ソース間電圧ＶＧＳは極めて小さな値、例えば二次電池の両端電圧Ｖが約３Ｖであるときは約０．２〜０．４Ｖとなる。このようなゲート−ソース間電圧ＶＧＳは、例えば上記のような閾値電圧Ｖｔｈよりも低いので、ＦＥＴ１５のソース（Ｓ）−ドレイン（Ｄ）間に電流が流れずに、二次電池１を含む電気回路１０に流れる電流をＯＦＦにする。【００５３】
その後、過熱を引き起こしていた要因が除去されると、Ｈｉｇｈ状態にあったＰＴＣ素子１１はＬｏｗ状態に戻り、該ＰＴＣ素子の抵抗Ｐｍが急激に減少する。すべてのＰＴＣ素子１１がＬｏｗ状態となって合成抵抗Ｐが元の小さい値に戻ると、ＦＥＴ１５のソース（Ｓ）−ドレイン（Ｄ）間に電流が流れ、二次電池１を含む電気回路に流れる電流がＯＮに復帰する。【００５４】
このように、本実施形態の過熱防止デバイス２０を用いることにより、二次電池１に流れる電流のＯＮ／ＯＦＦを二次電池１の温度に応じて制御することができる。換言すれば、本実施形態の過熱防止デバイス２０を用いることにより、二次電池１の温度異常をＰＴＣ素子１１により検知して、過熱防止デバイス２０の制御機能により二次電池１を含む電気回路に流れる電流を遮断することができる。このような電流の遮断（ＯＦＦ）は、複数のＰＴＣ素子の少なくとも１つが二次電池１の温度異常を検知したときに実施され、また、全てのＰＴＣ素子が二次電池１の温度異常を検知していないときにのみ電流が流れる（ＯＮ）ので、二次電池の過熱防止を効果的に実現することができる。よって、二次電池１が局所的な過熱状態にあるときでも、これを迅速に検知して、二次電池を含む電気回路１０の安全性を従来よりも飛躍的に向上させることができる。【００５５】
また、上記のような二次電池１の過熱防止に加えて、ＰＴＣ素子１７により過電流防止も実現される。【００５６】
二次電池１に流れる電流が、例えばアプリケーション回路３の故障などの何らかの要因により過大となったときには、ＰＴＣ素子１７にて大きなジュール熱が発生する。やがてＰＴＣ素子１７の温度がそのトリップ温度を超えると、Ｌｏｗ状態からＨｉｇｈ状態に遷移し、ＰＴＣ素子１７の抵抗が急激に増加して二次電池１を含む電気回路に流れる電流を減少させる。このとき、ＰＴＣ素子１７は熱平衡状態にあり、Ｈｉｇｈ状態を維持して電気回路を保護する。過電流を引き起こしていた要因が除去され、やがてＰＴＣ素子１７の温度がそのトリップ温度以下に低下すると、Ｌｏｗ状態に戻ってＰＴＣ素子１７の抵抗が急激に減少し、二次電池１を含む電気回路の電流がＯＮに復帰する。【００５７】
これにより、ＰＴＣ素子１７を用いて、二次電池１を含む電気回路１０の過電流を防止することができる。本実施形態の過熱防止デバイス２０は、このような過電流防止用のＰＴＣ素子１７を備えることが好ましいが、本発明の実施に必須ではないことに留意されるべきである。【００５８】
以上、本実施形態の過熱防止デバイスおよび電気装置について説明したが、本発明の概念を逸脱しない範囲で種々の改変が当業者によりなされるであろう。【００５９】
例えば、本実施形態ではスイッチング素子としてｎチャンネル型ＭＯＳＦＥＴを用いることとしたが、ｐチャンネル型ＭＯＳＦＥＴを用いることもできる。この場合には図３に示すような電気回路を適用し得る。図３に示す過熱防止デバイス２０’においては、図１のｎチャンネル型ＭＯＳＦＥＴ１５に代えてｐチャンネル型ＭＯＳＦＥＴ１５’を用いたことを除き、図１と同様の部品を用いている。尚、図３中、図１と対応する部品には同様の参照番号を付すものとし、詳細な説明は省略する。図３に示す過熱防止デバイス２０’は、図１の本実施形態の過熱防止デバイス２０と同様の機能を果たすものである。【００６０】
また、本実施形態では本発明の１つの例として二次電池の放電時に適用される過熱防止デバイスおよび電気装置について説明したが、本発明の原理に基づいて、充電時に適用される過熱防止デバイスおよび電気装置を設計できることは当業者には理解され得るであろう。
【産業上の利用可能性】
【００６１】
本発明の過熱防止デバイスは、例えば二次電池などの電気装置の過熱を効果的に防止するために好適に用いられ得る。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【国際調査報告】
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