JP2018060659A - Protection circuit - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、発熱抵抗体とヒューズエレメントを設けた保護素子を利用した電気・電子機器の保護回路に関する。 The present invention relates to a protection circuit for an electric / electronic device using a protection element provided with a heating resistor and a fuse element.
近年、モバイル機器など小型電子機器の急速な普及に伴い、搭載する電源の保護回路に実装される保護素子も小型薄型のものが使用されている。例えば、二次電池パックの保護回路には、特許文献1に記載の表面実装部品(SMD)のチップ保護素子が好適に利用される。これらチップ保護素子には、被保護機器の過電流により生ずる過大発熱を検知し、または周囲温度の異常過熱に感応して、所定条件で内蔵するヒータ等の加熱によって強制的にヒューズを作動させ電気回路を遮断する非復帰型保護素子がある。該保護素子は、機器の安全を図るために、保護回路が機器に生ずる異常を検知すると信号電流により抵抗素子を発熱させ、その発熱で可溶合金からなるヒューズ素子(ヒューズエレメントとも言う)を溶断させて回路を遮断するか、あるいは過電流によってヒューズ素子を溶断させて回路を遮断できる。 In recent years, with the rapid spread of small electronic devices such as mobile devices, small and thin protective elements mounted on a protection circuit for a power supply to be mounted are used. For example, the surface protection component (SMD) chip protection element described in Patent Document 1 is preferably used for the protection circuit of the secondary battery pack. These chip protection elements detect excessive heat generated by the overcurrent of the protected device, or respond to abnormal overheating of the ambient temperature, forcibly actuate the fuse by heating the built-in heater etc. under specified conditions. There are non-recoverable protection elements that interrupt the circuit. In order to protect the safety of the device, the protection element heats the resistance element by a signal current when an abnormality occurring in the device is detected, and the heat generation causes the fuse element (also referred to as a fuse element) to be blown. The circuit can be shut off by cutting the fuse element by overcurrent or the circuit can be cut off.
上記の保護素子は、複数の二次電池が直列に接続されている電池パックを過電流や過電圧から保護する保護回路に適用されている。従来、電圧の増加に伴い電池セル数が増加すれば、その分、保護素子の搭載数を増やしたり、保護素子に内蔵された抵抗素子の内部抵抗値を調整したりする必要があった。 The protection element is applied to a protection circuit that protects a battery pack in which a plurality of secondary batteries are connected in series from overcurrent and overvoltage. Conventionally, if the number of battery cells increases with an increase in voltage, it is necessary to increase the number of mounted protection elements or adjust the internal resistance value of the resistance element built in the protection element.
本発明の目的は、上述の問題点を解消するために提案されたものであり、保護素子に使用する発熱抵抗体を所定の抵抗値のものに標準化することができ、かつ複数の保護素子を必要としない保護回路を提供することにある。 The object of the present invention is proposed in order to solve the above-mentioned problems, the heating resistor used for the protection element can be standardized to a predetermined resistance value, and a plurality of protection elements are provided. It is to provide a protection circuit that is not required.
本発明によると、二次電池が直列に接続された電池パックを過電流と過電圧から保護する保護回路であって、該保護回路は、ヒューズエレメントと発熱抵抗体を内蔵した保護素子モジュールと、この保護素子モジュールの発熱抵抗体に接続された第二の抵抗体と、直列に接続された二次電池の全数分の過電圧を検出し上記の発熱抵抗体および第二の抵抗体にながれる電流をスイッチする検知手段とを有し、過電流時にはヒューズエレメントがジュール熱により溶断し、また、過電圧時には検知手段によって発熱抵抗体および第二の抵抗体に電流をながすことにより、発熱抵抗体が発熱してヒューズエレメントが溶断する保護回路が提供される。この第二の抵抗体は、上記保護素子モジュールとは別に設けられ、二次電池の電圧に応じて発熱抵抗体と第二の抵抗体との直列の合成抵抗が所望の抵抗値に成るように設けられる。 According to the present invention, a protection circuit for protecting a battery pack in which secondary batteries are connected in series from overcurrent and overvoltage, the protection circuit including a protection element module including a fuse element and a heating resistor, Overvoltage for the second resistor connected to the heating resistor of the protection element module and the secondary battery connected in series is detected and the current flowing to the heating resistor and the second resistor is switched. The fuse element is blown by Joule heat in the case of an overcurrent, and current is passed to the heating resistor and the second resistor by the detection means in the case of an overvoltage, so that the heating resistor generates heat. A protection circuit is provided in which the fuse element is blown. The second resistor is provided separately from the protection element module so that the combined resistance in series of the heating resistor and the second resistor becomes a desired resistance value according to the voltage of the secondary battery. Provided.
本発明の保護回路は、電池パックに直列接続された二次電池の個数が増えても保護素子モジュールの内部抵抗値を変更することなく、外部に別途実装する第二の抵抗体の抵抗値を変更することで電池パックの定格電圧や定格電流、電池パック内の電池のセル数によらず、共通の保護素子モジュールを利用できる。従って、本発明の保護回路は、二次電池の個数が増えても保護素子モジュールに使用する発熱抵抗体を所望の抵抗値に標準化することができ、また複数の保護素子モジュールを必要としない。 The protection circuit of the present invention has the resistance value of the second resistor separately mounted outside without changing the internal resistance value of the protection element module even when the number of secondary batteries connected in series to the battery pack increases. By changing, the common protection element module can be used regardless of the rated voltage and rated current of the battery pack and the number of cells of the battery in the battery pack. Therefore, the protection circuit of the present invention can standardize the heating resistor used in the protection element module to a desired resistance value even if the number of secondary batteries increases, and does not require a plurality of protection element modules.
本発明に係る保護回路10は、図1に示すように、二次電池が直列に接続された電池パック11を過電流と過電圧から保護する電気回路であって、この保護回路10は、ヒューズエレメント12と発熱抵抗体13を内蔵した保護素子モジュール14と、この保護素子モジュール14の発熱抵抗体13に接続された第二の抵抗体15と、直列に接続された二次電池の全数分の過電圧を検出し発熱抵抗体13および第二の抵抗体15に流れる電流をスイッチする検知手段16とを有し、過電流時にはヒューズエレメント12がジュール熱により溶断し、また、過電圧時には検知手段16によって発熱抵抗体13および第二の抵抗体15に電流をながすことにより、発熱抵抗体13を発熱させてヒューズエレメント12を溶断する保護回路が提供される。
As shown in FIG. 1, a
第二の抵抗体15は、保護素子モジュール14とは別に設けられ、使用する電池パック11の最大電圧に応じて発熱抵抗体13と第二の抵抗体15との直列の合成抵抗が所望の抵抗値に成るように設けられる。すなわち、電池パック11のセル数の増減やセル電圧の増減に対して、保護素子モジュール14に内蔵の発熱抵抗体13の抵抗値を変更することなく、第二の抵抗体15の抵抗値を変更することにより調整する。第二の抵抗体15は、抵抗体として機能すればどのようなものでもよく、特に限定されないが、例えばチップ可変抵抗器、チップ固定抵抗器、セメント抵抗器等が好適に利用できる。また変形例として、第二の抵抗体15は、さらに保護素子モジュール14に内蔵させてもよい。
The
検知手段16は、例えば電圧検知用IC17とFET18からなる。電圧検知用IC17は、電池パック11の電圧を検出し、検出信号をFET18のゲートに出力する。
The detection means 16 includes, for example, a
保護回路10は、電池パック11に過電流が発生した場合には、保護素子モジュール14のヒューズエレメント12が過電流のジュール熱で溶断し、電池パック11に過電圧が発生した場合には、FET18のゲート電位が所定電位以上となってスイッチオンの状態となり、FET18のドレイン―ソース間に電流がながれ、保護素子モジュール14の発熱抵抗体13が発熱し、ヒューズエレメント12が溶断する。
When an overcurrent occurs in the
本発明に係る保護回路10の実施例1は、3.5V/cellの二次電池セル4個が直列に接続された14.0Vの電池パック11を保護する電気回路であって、この保護回路10は、第1電極並びに第2電極および中間電極に接続されたヒューズエレメント12と中間電極に接続された40Ωの発熱抵抗体13とを内蔵した保護素子モジュール14と、この保護素子モジュール14の発熱抵抗体13に接続された10Ωの第二の抵抗体15と、3.5Vの電池セル4個を直列に接続した電池パック11の過電圧を検出し、発熱抵抗体13および第二の抵抗体15にながれる電流をスイッチする電圧検知用IC17とFET18からなる検知手段16とを有し、過電流時にはヒューズエレメント12がジュール熱により溶断され、また、過電圧時には検知手段16によって発熱抵抗体13と第二の抵抗体14に電流をながすことにより、発熱抵抗体13に最大3.1W、第二の抵抗体14に最大0.8Wを印加させ、発熱抵抗体13の発熱によりヒューズエレメント12を溶断させる。
Embodiment 1 of the
本発明に係る保護回路10の実施例2は、3.5V/cellの二次電池セル6個が直列に接続された21.0Vの電池パック11を保護する電気回路であって、この保護回路10は、第1電極並びに第2電極および中間電極に接続されたヒューズエレメント12と中間電極に接続された40Ωの発熱抵抗体13とを内蔵した保護素子モジュール14と、この保護素子モジュール14の発熱抵抗体13に接続された35Ωの第二の抵抗体15と、3.5Vの電池セル6個を直列に接続した電池パック11の過電圧を検出し、発熱抵抗体13および第二の抵抗体15にながれる電流をスイッチする電圧検知用IC17とFET18からなる検知手段16とを有し、過電流時にはヒューズエレメント12がジュール熱により溶断され、また、過電圧時には検知手段16によって発熱抵抗体13と第二の抵抗体15に電流をながすことにより、発熱抵抗体13に最大3.1W、第二の抵抗体15に最大2.7Wを印加させ、発熱抵抗体13の発熱によりヒューズエレメント12を溶断させる。
Embodiment 2 of the
本発明に係る保護回路10の実施例3は、4.2V/cellの二次電池セル4個が直列に接続された16.8Vの電池パック11を保護する電気回路であって、この保護回路10は、第1電極並びに第2電極および中間電極に接続されたヒューズエレメント12と中間電極に接続された40Ωの発熱抵抗体13とを内蔵した保護素子モジュール14と、この保護素子モジュール14の発熱抵抗体13に接続された10Ωの第二の抵抗体15と、4.2Vの電池セル4個を直列に接続した電池パック11の過電圧を検出し、発熱抵抗体13および第二の抵抗体15にながれる電流をスイッチする電圧検知用IC17とFET18からなる検知手段16とを有し、過電流時にはヒューズエレメント12がジュール熱により溶断され、また、過電圧時には検知手段16によって発熱抵抗体13と第二の抵抗体15に電流をながすことにより、発熱抵抗体13に最大4.6W、第二の抵抗体15に最大1.2W印加させ、発熱抵抗体13の発熱によりヒューズエレメント12を溶断させる。
Embodiment 3 of the
本発明に係る保護回路10の実施例4は、4.2V/cellの二次電池セル6個が直列に接続された25.2Vの電池パック11を保護する電気回路であって、この保護回路10は、第1電極並びに第2電極および中間電極に接続されたヒューズエレメント12と中間電極に接続された40Ωの発熱抵抗体13とを内蔵した保護素子モジュール14と、この保護素子モジュール14の発熱抵抗体13に接続された33Ωの第二の抵抗体15と、4.2Vの電池セル6個を直列に接続した電池パック11の過電圧を検出し、発熱抵抗体13および第二の抵抗体15にながれる電流をスイッチする電圧検知用IC17とFET18からなる検知手段16とを有し、過電流時にはヒューズエレメント12がジュール熱により溶断され、また、過電圧時には検知手段16によって発熱抵抗体13と第二の抵抗体15に電流をながすことにより、発熱抵抗体13に最大4.6W、第二の抵抗体15に最大3.8W印加させ、発熱抵抗体13の発熱によりヒューズエレメント12を溶断させる。
Embodiment 4 of the
本発明は、発熱抵抗体とヒューズエレメントを設けた保護素子を使用した電気・電子機器の保護回路に利用でき、特に電池パックなど2次電池の保護装置に利用できる。 INDUSTRIAL APPLICABILITY The present invention can be used for a protection circuit of an electric / electronic device using a protection element provided with a heating resistor and a fuse element, and can be used particularly for a secondary battery protection device such as a battery pack.
10・・・保護回路、
11・・・電池パック、
12・・・ヒューズエレメント、
13・・・発熱抵抗体、
14・・・保護素子モジュール、
15・・・第二の抵抗体、
16・・・検知手段、
17・・・電圧検知用IC、
18・・・FET。
10 ... Protection circuit,
11 ... Battery pack,
12 ... fuse element,
13 ... heating resistor,
14 ... Protection element module,
15 ... second resistor,
16: Detection means,
17 ... IC for voltage detection,
18 ... FET.
Claims (3)
The protection circuit according to claim 1, wherein the detection unit includes a voltage detection IC and a FET.
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