JP2018518822A - 溶融スイッチ、これを含むバッテリー制御装置及び制御方法 - Google Patents

Abstract

本発明によるバッテリーのバッテリー制御装置は、バッテリーセルの一部が故障した場合、その故障したバッテリーセルの連結を排除すると同時に、取り替え用バッテリーを自動的に連結し、バッテリーセルの故障にもかかわらず、バッテリーの出力電圧が一定に維持されるようにする。また、多数のバッテリーモジュールを並列に連結した状態で、故障したバッテリーセルの取り替え中には故障したバッテリーセルを含むバッテリーモジュールの連結を遮断することによって、バッテリーの出力電圧が不連続的になることを防止する。また、前記バッテリーのバッテリー制御装置に使用されるスイッチは、分離されている２個の固定電極及び１個の移動電極を含む溶融スイッチである。

Description

本発明は、溶融スイッチ、これを含むバッテリー制御装置及び制御方法に関し、より詳細には、バッテリーセルの一部が故障した場合、故障したセルを自動的に取り替え用バッテリーセルに取り替えるバッテリー制御装置及び制御方法、及びこれに使用される溶融スイッチに関する。

最近、電気自動車及びエネルギー貯蔵装置（ＥＳＳ）などの技術開発が活発になると共に、多数のバッテリーセルを連結した高電圧大容量のバッテリーパックに対する研究も活発になっている。

現在、バッテリーの安全性を確保するためにバッテリー管理システム（ＢＭＳ）を用いるなどの多様な方法を試みているが、バッテリーの電気化学的非線形性及び不安定な特性により、バッテリーのセルの損傷及び故障に対する根本的な安全性確保技術は現在まで開発されていない。

特に、多数のバッテリーセルを連結したバッテリーパックは、単位セルが一つでも故障すると、高価のバッテリーパック全体を取り替えなければならないという致命的な限界点を有している。

バッテリーパック全体を取り替えないために、故障したセルを発見した後、その連結を排除する技術が開発されていた。

特許文献１（韓国公開特許ＫＲ１０−２０１３−００４０４３５Ａ、公開日：２０１３．０４．２４．）及び特許文献２（韓国公開特許ＫＲ１０−２０１４−００９１１０９Ａ、公開日：２０１４．０７．２１．）は、そのような技術が記載された文献の例であって、特許文献１及び特許文献２には、「多数のバッテリーセルが直列に連結されたバッテリーパックにおいて、バッテリーセルが故障すると、その故障したバッテリーセルを直列に連結されたバッテリーで迂回して連結（ｂｙｐａｓｓｉｎｇ）することによって、バッテリーパック全体の故障を自動的に復元する技術」が記載されている。

しかし、前記技術は、「故障したセルをバッテリーで迂回して連結した後で発生するバッテリーパックの電圧降下の損失を補償できないという問題」を有している。

また、前記迂回連結方法を直並列連結のバッテリーパックに適用するときは、並列に連結されたモジュール間に電圧差が発生するという問題がある。

また、前記特許において、故障したセルをリレーで迂回して連結するときに発生する不連続区間により、バッテリー負荷の充放電電流が切れるという構造的な問題も含んでいる。

よって、上述したバッテリーセルの迂回連結方法で発生するバッテリーパックの電圧降下問題及び充放電電流の不連続問題を解決するための技術が必要である。

また、特許文献１及び特許文献２には、ダイオードを含む多数のスイッチが使用されているが、これらの多数のスイッチには大容量の電流が通過するので、導通抵抗（ｏｎ ｒｅｓｉｓｔａｎｃｅ）が問題となる。

スイッチに大容量の電流が流れるとき、スイッチの導通抵抗によって高い電力消耗及び発熱が存在するようになるが、これは、スイッチの高出力及び高密度化の具現に致命的な障害となっている。

通常、スイッチは、半導体基盤のスイッチと機械的接点基盤のスイッチとに大きく区分され、トランジスタなどの半導体基盤のスイッチは、リレー、接触器などの機械式スイッチに比べて非常に優れた耐衝撃性及び高い動作周波数で作動し得ることを特徴とする。

その一方で、リレー、接触器などの機械式スイッチは、半導体スイッチに比べて脆弱な耐衝撃性を有するが、非常に低い接触抵抗を有することを特徴とする。

しかし、機械的接触方式のスイッチにおいても、機械的な接触を通じて二つの導体間に電流が流れるので、常に機械的な接触の接触抵抗が存在し、その結果、大容量の電流が流れるとき、接触抵抗によって過多な電力消耗及びスイッチ発熱が発生する。

したがって、通常、接触抵抗を減少させるためには、導体間の接触面積を大きくし、接点部位に低い比抵抗値及び高い伝導率を有する材料を使用しなければならない。そして、接触抵抗は、二つの導体間の接点圧力によって変わるが、接触圧力が高いほど接触抵抗が低くなる。

しかし、要求される水準の接触抵抗を満足するように接触面積を増加させると、これに比例して接点導体の体積が大きくなり、銀、白金などの高い伝導率の導体を使用すると費用が増加するようになる。また、外部の衝撃／振動からも機械的な接点状態を維持し、接触圧力を高めることによって接触抵抗を減少させるためには物理的に強い力が要求され、スイッチの体積及び重さが増加するようになる。

したがって、従来のスイッチ技術では、大容量の電流が流れるときに高い耐衝撃性を有すると同時に、小さい接触抵抗を有する小型／軽量化スイッチの具現に限界がある。

これを克服するために、伝導性接合物質の溶融によって二つの接点を接合させるソルダリング（溶融）基盤の溶融スイッチ（溶融スイッチは、ｆｕｓｉｏｎ ｓｗｉｔｃｈとも呼ばれるが、本明細書ではｆｕｓｉｂｌｅ ｓｗｉｔｃｈと呼ぶことにする）と関連した発明がなされており、それらの発明は次の２つの技術方式に大別され得る。

第一の方式は、離隔した電極が相互接触するように直接移動し、電極間のソルダリング物質を圧着しながら密着する方式である。すなわち、この方式は、密着方式（Ｐｒｅｓｓ−ｃｏｎｔａｃｔ ｍｅｔｈｏｄ）と称することができる。特許文献３（米国登録特許ＵＳ５０２５１１９Ａ、登録日：１９９１．０６．１８．）のスイッチは、このような密着方式の例と言える。特許文献３のスイッチは、２つの電極の接触過程で発生する接触抵抗及び導通電流によってジュール熱（Ｊｏｕｌ ｈｅａｔ）（電流の流れによって導体に発生する熱）が発生し、前記ジュール熱によって伝導性接合物質が溶融される構造を有する。

しかし、密着方式は、二つの電極の密着によって導通抵抗を減少できるという長所を有するが、電極端子の動きがもたらされる構造により、大電流容量のスイッチの用途には適していない。

すなわち、密着する電極は、移動性を有するために所定の長さで曲げ性を有するように薄い厚さの導体のみに制限され、その結果、非常に低い抵抗値を有する厚い導体は使用できないので、導通抵抗を最小化するのに構造的な限界性を有する。

また、特許文献３では、スイッチをオン（短絡）にするときに発生する接触抵抗及び導通電流によってジュール熱が発生し、前記ジュール熱によって伝導性接合物質が溶融・結合される構造を有する。

よって、特許文献３では、前記二つの電極間の溶融結合程度は、前記導通電流及び接触抵抗によって発生するジュール熱の大きさによって決定される。そのため、導通電流又は接触抵抗が十分なジュール熱を発生する程度に大きくない場合、接点部位での局部的な溶融結合によって導通抵抗が大きくなるという問題がある。

また、特許文献３のスイッチは、オン−オフ接点間の状態転移が単方向のみに動作する非可逆的な構造を有し、１回用の短絡型スイッチ（Ｏｎｅ−ｔｉｍｅ ｃｌｏｓｅ ｓｗｉｔｃｈ）に制限される。すなわち、オフ状態からオン状態に変わることはできるが、オン状態からオフ状態に再び変わることはできない。言い換えると、スイッチ作動後の復帰動作が不可能である。

このような問題により、電極端子の動きをもたらす密着方式の溶融スイッチは実用化されておらず、次の第二の方式が提案された。

第二の方式は、ソルダリング物質を熱によって溶融させ、二つの離隔した固定電極間に溶融されたソルダリング物質を充填した後、これを凝固させる方式である。この方式による溶融スイッチは、埋め込み方式（Ｇａｐ−ｆｉｌｌｉｎｇ ｍｅｔｈｏｄ）の溶融スイッチと呼ぶことができ、特許文献４（米国登録特許ＵＳ５８９８３５６Ａ、公開日：１９９９．０４．２７．）及び特許文献５（英国公開特許ＧＢ２３５５３４０Ａ、公開日：２００１．０４．１８．）のスイッチがその例である。

しかし、一般に、ソルダリング物質の比抵抗は電極の比抵抗より大きいので、前記埋め込み方式での電極間の耐電圧（又は絶縁抵抗）が電極間の隔離距離に比例して大きくなることによって、前記離隔空間に埋め込まれる伝導性接合物質の量も隔離距離方向に増加し、スイッチの導通抵抗が大きくなるという短所を有する。

よって、前記埋め込み方式の溶融スイッチは、高電圧の大電流が要求される環境で使用するには適していない。

特許文献４及び特許文献５のスイッチは、オン−オフ接点間の状態転移が単方向のみに動作する非可逆的な構造を有するので、１回用の短絡型スイッチに制限される。すなわち、オフ状態からオン状態に変わることはできるが、オン状態からオフ状態に再び変わることはできない。

また、特許文献４及び特許文献５のスイッチの場合、その構造が複雑であり、スイッチ動作時に多量のソルダリング物質が要求される。

また、従来の溶融スイッチの場合、スイッチに流れる導通電流を用いることがほとんどであるが、この場合、スイッチの導通電流とは関係ない独立的なスイッチ動作が難しい。

本発明は、前記のような問題を解決するためになされたものであって、その目的は、「多数のバッテリーセルを連結したバッテリー」の制御装置において、一部のバッテリーセルが故障した場合、その故障したセルを連結から自動的に除外しながらも、電圧降下問題及び充放電電流の不連続問題を解決する装置を提供することにある。

また、前記装置には大容量の電流が流れるスイッチが必要であるが、大容量の電流が流れるとき、スイッチの導通抵抗を極小化できる小型／軽量の溶融スイッチ構造を提供することを目的とする。

また、可逆的な動作（スイッチ作動後の復帰動作）を行うことができ、スイッチの導通電流から独立的なオン／オフ制御が可能な溶融スイッチを提供することを目的とする。

また、従来の溶融スイッチとしては短絡型スイッチのみが可能であったが、開放型スイッチも使用可能な溶融スイッチを提供することを目的とする。

本発明の一実施例によるバッテリーの制御装置は、多数の基本バッテリーセルと１個以上の取り替え用バッテリーセルとを直列に連結したバッテリーの制御装置において、前記それぞれの基本バッテリーセルに直列に連結される第１型スイッチ；前記第１型スイッチが直列に連結された経路に並列に連結される第２型スイッチ；前記それぞれの取り替え用バッテリーセルに直列に連結される第２型スイッチ；前記第２型スイッチが直列に連結された経路に並列に連結される第１型スイッチ；それぞれのバッテリーセルの状態を測定するセンシング部；及び前記各スイッチの動作を制御する制御部；を含み、前記第１型スイッチは、最初短絡状態から開放状態に転移される動作を行えるスイッチで、前記第２型スイッチは、最初開放状態から短絡状態に転移される動作を行えるスイッチで、前記制御部は、センシング部の入力から基本バッテリーのうち故障したバッテリーセルを感知すると、故障したバッテリーセルに連結された第１型スイッチ及び第２型スイッチを作動させ、故障したバッテリーセルの連結を電気流れ線路から排除し、取り替え用バッテリーセルに連結された第１型スイッチ及び第２型スイッチを作動させ、取り替え用バッテリーセルが電気流れ線路に含まれるように制御することを特徴とする。

本発明の他の実施例によるバッテリーの制御装置は、多数の基本バッテリーセルと１個以上の取り替え用バッテリーセルとを直列に連結したバッテリーモジュールが並列に連結されたバッテリーのバッテリー制御装置において、前記それぞれの基本バッテリーセルに直列に連結される第１型スイッチ；前記第１型スイッチが直列に連結された経路に並列に連結される第２型スイッチ；前記それぞれの取り替え用バッテリーセルに直列に連結される第２型スイッチ；前記第２型スイッチが直列に連結された経路に並列に連結される第１型スイッチ；前記それぞれのバッテリーモジュールに直列に連結されたモジュールスイッチ；それぞれのバッテリーセルの状態を測定するセンシング部；及び前記各スイッチの動作を制御する制御部；を含み、前記第１型スイッチは、最初短絡状態から開放状態に転移される動作を行えるスイッチで、前記第２型スイッチは、最初開放状態から短絡状態に転移される動作を行えるスイッチで、前記制御部は、センシング部の入力から基本バッテリーのうち故障したバッテリーセルを感知すると、故障したバッテリーセルに連結された第１型スイッチ及び第２型スイッチを作動させ、故障した基本バッテリーセルの連結を電気流れ線路から排除し、故障したバッテリーセルがあるバッテリーモジュールから選ばれた取り替え用バッテリーセルに連結された第１型スイッチ及び第２型スイッチを作動させ、取り替え用バッテリーセルが電気流れ線路に含まれるように制御し、該当のバッテリーモジュールで前記取り替えのためのスイッチ制御が開始される前には、該当のバッテリーモジュールのモジュールスイッチを開放してから、前記取り替えのためのスイッチ制御の終了後に該当のバッテリーモジュールのモジュールスイッチを短絡させるように制御することを特徴とする。

本発明の一実施例によるバッテリーの制御方法は、多数の基本バッテリーセルと１個以上の取り替え用バッテリーセルとを直列に連結したバッテリーモジュールのバッテリー制御装置の制御方法において、バッテリー制御装置の制御部がセンシング部の入力から基本バッテリーのうち故障したバッテリーセルを感知する段階；バッテリー制御装置の制御部が故障したバッテリーセルに連結された第１型スイッチ及び第２型スイッチを作動させ、故障した基本バッテリーセルの連結を電気流れ線路から排除する段階；及びバッテリー制御装置の制御部が取り替え用バッテリーセルに連結された第１型スイッチ及び第２型スイッチを作動させ、取り替え用バッテリーセルを電気流れ線路に含ませる段階；を含み、前記バッテリー制御装置は、前記それぞれの基本バッテリーセルに直列に連結される第１型スイッチ；前記第１型スイッチが直列に連結された経路に並列に連結される第２型スイッチ；前記それぞれの取り替え用バッテリーセルに直列に連結される第２型スイッチ；前記第２型スイッチが直列に連結された経路に並列に連結される第１型スイッチ；それぞれのバッテリーセルの状態を測定するセンシング部；及び前記各スイッチの動作を制御する制御部；を含み、前記第１型スイッチは、最初短絡状態から開放状態に転移される動作を行えるスイッチで、前記第２型スイッチは、最初開放状態から短絡状態に転移される動作を行えるスイッチであることを特徴とする。

本発明の他の実施例によるバッテリーの制御方法は、多数の基本バッテリーセルと１個以上の取り替え用バッテリーセルとを直列に連結したバッテリーモジュールが並列に連結されたバッテリーのバッテリー制御装置の制御方法において、バッテリー制御装置の制御部がセンシング部の入力から基本バッテリーのうち故障したバッテリーセルを感知する段階；バッテリー制御装置の制御部が、故障したバッテリーセルが含まれたバッテリーモジュールのモジュールスイッチを開放させる段階；バッテリー制御装置の制御部が故障したバッテリーに連結された第１型スイッチ及び第２型スイッチを作動させ、故障した基本バッテリーと連結を電気流れ線路から排除する段階；バッテリー制御装置の制御部が取り替え用バッテリーに連結された第１型スイッチ及び第２型スイッチを作動させ、取り替え用バッテリーを電気流れ線路に含ませる段階；及びバッテリー制御装置の制御部が、故障したバッテリーセルが含まれたバッテリーモジュールのモジュールスイッチを短絡させる段階；を含み、前記バッテリー制御装置は、前記それぞれの基本バッテリーセルに直列に連結される第１型スイッチ；前記第１型スイッチが直列に連結された経路に並列に連結される第２型スイッチ；前記それぞれの取り替え用バッテリーセルに直列に連結される第２型スイッチ；前記第２型スイッチが直列に連結された経路に並列に連結される第１型スイッチ；前記それぞれのバッテリーモジュールに直列に連結されたモジュールスイッチ；それぞれのバッテリーセルの状態を測定するセンシング部；及び前記各スイッチの動作を制御する制御部；を含み、前記第１型スイッチは、最初短絡状態から開放状態に転移される動作を行えるスイッチで、前記第２型スイッチは、最初開放状態から短絡状態に転移される動作を行えるスイッチであることを特徴とする。

本発明の一実施例による溶融スイッチは、分離されている２個の固定電極；前記固定電極と接触又は分離される方向に移動できる移動電極；前記２個の固定電極と移動電極との間に位置する伝導性接合物質；及び発熱体；を含み、前記伝導性接合物質の融点は前記固定電極の融点及び前記移動電極の融点より低く、前記移動電極が２個の固定電極と接触すると２個の固定電極が電気的に連結され、前記移動電極が２個の固定電極と分離されると２個の固定電極が電気的に分離され、前記移動電極が２個の固定電極と接触するとき、前記移動電極は２個の固定電極と伝導性接合物質によって溶融・結合され、前記発熱体を通じて加熱が行われると前記伝導性接合物質が溶融されることを特徴とする。

本発明の他の実施例による溶融スイッチは、分離されている２個の固定電極；２個の固定電極に接触する方向に移動できる移動電極；前記２個の固定電極と移動電極との間に位置する伝導性接合物質；及び発熱体；を含み、前記伝導性接合物質の融点は前記固定電極の融点及び前記移動電極の融点より低く、前記発熱体の加熱によって前記伝導性接合物質が溶けるようになり、前記移動電極と前記２個の固定電極との間に位置する伝導性接合物質が発熱体の熱によって溶融された後で凝固されると、前記移動電極は２個の固定電極と溶融・結合されることによって、前記２個の固定電極が電気的に連結されることを特徴とする。

本発明の他の実施例による溶融スイッチは、分離されている２個の固定電極；２個の固定電極から分離される方向に移動できる移動電極；前記２個の固定電極と移動電極との間に位置しながら、前記２個の固定電極と移動電極とを溶融・結合させている伝導性接合物質；及び発熱体；を含み、前記伝導性接合物質の融点は前記固定電極の融点及び前記移動電極の融点より低く、前記発熱体の加熱によって前記伝導性接合物質が溶けるようになり、前記移動電極と前記２個の固定電極との間に位置する伝導性接合物質が発熱体の熱によって溶融された後、前記移動電極が２個の固定電極から分離される方向に移動すると、前記２個の固定電極が電気的に分離されることを特徴とする。

本発明の他の実施例による溶融スイッチは、分離されている第１固定電極及び第２固定電極；分離されている第３固定電極及び第４固定電極；１個の移動電極；前記固定電極と移動電極との間に位置する伝導性接合物質；及び発熱体；を含み、前記伝導性接合物質の融点は前記固定電極の融点及び前記移動電極の融点より低く、前記移動電極が第１固定電極及び第２固定電極と接触すると、第１固定電極と第２固定電極とが電気的に連結されると同時に、第３固定電極と第４固定電極とが電気的に分離され、前記移動電極が第３固定電極及び第４固定電極と接触すると、第１固定電極と第２固定電極とが電気的に分離されると同時に、第３固定電極と第４固定電極とが電気的に連結され、前記移動電極が２個の固定電極と接触するとき、前記移動電極は２個の固定電極と伝導性接合物質によって溶融・結合され、前記移動電極が２個の固定電極と分離されるとき、前記移動電極は２個の固定電極と伝導性接合物質によって溶融・分離され、前記発熱体を通じて加熱が行われると前記伝導性接合物質が溶融されることを特徴とする。

本発明の他の実施例による溶融スイッチは、分離されている２個の固定電極；２個の固定電極に接触する方向に移動できる移動電極；及び前記２個の固定電極と移動電極との間に位置する伝導性接合物質；を含み、前記伝導性接合物質の融点は前記固定電極の融点及び前記移動電極の融点より低く、前記移動電極が２個の固定電極と接触すると２個の固定電極が電気的に連結され、前記移動電極が２個の固定電極と分離されると２個の固定電極が電気的に分離され、２個の固定電極の両端に導通電流を流入させる開放電圧がかかった状態で前記移動電極が２個の固定電極に接触する方向に移動して２個の固定電極に接触すると、移動電極及び伝導性接合物質を経由して２個の固定電極間に導通電流が流れるようになり、その導通電流のジュール熱によって伝導性接合物質が溶融された後、２個の固定電極間の導通抵抗が小さくなると伝導性接合物質が凝固されることを特徴とする。

前記発熱体は、発熱効率の極大化のために前記移動電極の内部に形成され、前記移動電極には少なくとも１個以上の穴が形成され、前記穴に絶縁された発熱体が挿入され得る。

前記発熱体は、移動電極の表面のうち前記２個の固定電極と接触する接触面を除いた移動電極の表面に付着し得る。

前記移動電極は１個以上の分岐線路を有し、前記分岐線路に発熱体が設置され得る。

前記分岐線路は、移動電極と２個の固定電極との接触部位での熱伝逹を対称にする位置で移動電極から分岐され得る。

前記分岐線路は２個以上で、前記分岐線路の端が連結されることによって閉ループを形成することができる。

前記分岐線路の表面及び内部に発熱体が設置され得る。

前記発熱体の設置位置は、熱伝逹経路を発熱体、移動電極、固定電極の接点部位、固定電極の電極端子の順にする位置であり得る。

前記溶融スイッチは、前記移動電極の位置を動かせる力を発生させる移送力発生手段をさらに含み得る。

前記移送力発生手段は、前記移動電極が２個の固定電極と接触するときに発生する接触圧力を制御できるものであり得る。

前記移動電極及び固定電極の表面のうち、伝導性接合物質を介して溶融・結合する表面には凹凸が形成され得る。

前記伝導性接合物質の表面のうち一部又は全部には凹凸が形成され得る。

前記発熱体は、発熱体の外部に位置する電力供給部によって電力供給及び電力遮断機能が提供されるものであり得る。

前記移送力発生手段は、伝達リンクを介して移動電極と連結され、前記伝達リンクは、二つの固定電極間を横切って移動する平板状の仕切り絶縁体で形成され、二つの固定電極間の短絡を防止するものであり得る。

前記溶融スイッチは、前記移動電極が特定方向に移動できないように支持する移送抑制手段を含み得る。

前記溶融スイッチは、前記移動電極が特定方向に移動できないように支持する支持部材をさらに含み、前記支持部材は、２個の固定電極及び移動電極の融点より低い温度で溶けるものであり得る。

前記移送力発生手段は、移動電極に加えられる移送力を遮断するためにヒューズワイヤで拘束され、前記ヒューズワイヤは、電流供給によって溶けて切れると、移送力発生手段の移送力が移動電極に加えられるものであり得る。

前記溶融スイッチにおいて、伝導性接合物質を介して結合する固定電極又は移動電極には接触部位の枠に沿って溝が形成され得る。

前記溶融スイッチにおいて、伝導性接合物質を介して結合する固定電極及び移動電極のうち下側に位置する電極（重力の作用方向側に位置する電極）には凹部が形成され、前記凹部に前記伝導性接合物質が位置し得る。

前記溶融スイッチの２個の固定電極の両端に半導体スイッチを並列に連結し、溶融分離又は溶融結合時に導通電流の経路を提供し、前記固定電極の両端のアーク発生を抑制することもできる。

前記溶融スイッチは、前記半導体スイッチの導通時間を最小化するために溶融スイッチに流れる電流を測定する電流検出手段を含み得る。

本発明の他の実施例による溶融スイッチは、第１固定電極；第２固定電極；移動電極；前記第１固定電極及び前記第２固定電極と前記移動電極との間に位置する伝導性接合物質；発熱体；移動電極を第１固定電極に移動させる力を発生させる移送力発生手段；及び移動電極が第１固定電極に移動できないようにする移送抑制手段；を含み、前記発熱体の発熱前には移動電極が第２固定電極と電気的に連結されていてから、前記発熱体の発熱後には前記伝導性接合物質が溶けて、前記移送抑制手段が移動電極の移動を許容し、前記移動電極が第１固定電極と伝導性接合物質を介して溶融・結合されて電気的に連結されることを特徴とすることができる。

前記溶融スイッチにおいて、固定電極のうち移動電極と接触する部分が移動電極と接触しない部分より薄く形成され得る。

前記溶融スイッチが溶融結合を行う前に前記移動電極を予熱するために、前記発熱体に所定時間の間に電力を供給した後、前記移動電極を移動させるものであり得る。

前記溶融スイッチはバッテリー制御装置に含まれ得る。

本発明の一実施例によるアーク防止方法は、溶融スイッチ、及び溶融スイッチに並列に連結された半導体スイッチを用いて、溶融スイッチの作動時に溶融スイッチのアークを防止する方法において、半導体スイッチのオン命令を下す第１段階；溶融スイッチの作動命令を下す第２段階；及び半導体スイッチのオフ命令を下す第３段階；を含むことを特徴とする。

本発明の他の実施例によるアーク防止方法は、発熱体及び移送力発生手段を含む溶融スイッチ、及び溶融スイッチに並列に連結された半導体スイッチを用いて、溶融スイッチの作動時に溶融スイッチのアークを防止する方法において、半導体スイッチのオン命令、発熱体の作動開始命令、及び移動電極の移送力発生命令を下す第１段階；溶融分離の完了を確認する第２段階；及び半導体スイッチのオフ命令、及び発熱体の動作終了命令を下す第３段階；を含むことを特徴とする。

前記第２段階の溶融分離の完了は、溶融スイッチの電流を測定する電流検出手段によって溶融スイッチに流れる電流値を測定して確認するものであり得る。

本発明のバッテリー制御装置は、「多数のバッテリーセルを連結したバッテリー」のバッテリー制御装置において、一部のバッテリーセルが故障した場合、その故障したセルを連結から自動的に除外しながらも電圧降下問題及び充放電電流の不連続問題を解決することができる。

本発明の溶融スイッチは、電極端子の動きをもたらさない密着方式の溶融スイッチであるので、電極間の隔離距離を最小化しながらも、スイッチの導通電流条件とは関係なく電極間の溶融結合が完全に行われる。したがって、大容量電流が流れるようになり、導通抵抗が小さいスイッチでありながらも小型／軽量化が可能である。

また、可逆的な動作（スイッチ作動後の復帰動作）を行えると共に、スイッチの導通電流から独立的なオン／オフ制御が可能である。

また、短絡型スイッチのみならず、開放型スイッチとしても使用可能な溶融スイッチを提供する。

本発明のバッテリーブロックを示す図である。 本発明のバッテリーブロックの変形実施例を示す図である。 多数のバッテリーブロックが連結された状態を示す図である。 第１型スイッチ及び第２型スイッチの変形図である。 本発明による１接点溶融スイッチの概念図である。 ａ接点溶融スイッチの第１実施例の動作前後の状態を示す図である。 発熱体を移動電極に搭載させるための移動電極の形状の例を示す図である。 ａ接点溶融スイッチの第２実施例の動作前後の状態を示す図である。 ａ接点溶融スイッチの第３実施例の動作前後の状態を示す図である。 ａ接点溶融スイッチの変形実施例の動作前後の状態を示す図である。 ｂ接点溶融スイッチの第１実施例の動作前後の状態を示す図である。 ｂ接点溶融スイッチの第２実施例の動作前後の状態を示す図である。 本発明によるｃ接点溶融スイッチの概念図である。 ｃ接点溶融スイッチの第１実施例の動作前後の状態を示す図である。 ｃ接点溶融スイッチの第１実施例において、移動電極及び固定電極の全てに発熱体が埋め込まれる場合の移動電極及び固定電極の斜視図である。 ｃ接点溶融スイッチにガイド溝が設置された状態を示す図である。 ｃ接点溶融スイッチが溶融スイッチハウジングによって密閉された状態を示す図である。 ｃ接点溶融スイッチの変形実施例を示す図である。 伝導性接合物質が流れ落ちる状態を示す図である。 下側電極に溝を形成した実施例を示す図である。 溝が形成された下側電極の例を示す斜視図である。 凹部が形成された実施例１の状態を示す図である。 凹部が形成された実施例２の状態を示す図である。 凹部が形成された実施例３の状態を示す図である。 反復型溶融スイッチの実施例を示す図である。 図２５の反復型溶融スイッチの斜視図である。 図２５の反復型溶融スイッチの移動電極の斜視図である。 溶融スイッチのアーク防止装置の構成図である。 溶融スイッチのアーク防止方法の例を示すフローチャートである。 図９の実施例において発熱体３２１を除去した溶融スイッチを示す図である。 固定電極の厚さが変更された状態を示す図である。 回転移動する移動電極を有するｃ接点溶融スイッチの例を示す図である。 接触する伝導性接合物質の一部に凹凸を形成した状態の例を示す図である。 図３３において凹凸が形成された伝導性接合物質の平面図である。 電極表面に凹凸を形成した例を示す図である。 ｃ接点溶融スイッチにおいて移動電極の外部表面に発熱体を付着させた実施例を示す図である。 分岐線路の表面積を増加させるために図３６の分岐線路の形状を変形した実施例を示す図である。 発熱体の熱線が付着する移動電極の非接点表面を増加させるための移動電極の分岐線路の形状の他の実施例を示す図である。 発熱体の絶縁された熱線が、多数の穴が形成されている移動電極の内部に埋め込まれ、固定電極が平行に位置するｃ接点溶融スイッチの実施例を示す図である。 移動電極１６２０が分岐線路１６２０ｂを有する形状で、発熱体の絶縁された熱線１６２１が分岐線路１６２０ｂに位置する場合の実施例を示す図である。 導体の表面及び内部に熱線を同時に装着する実施例を示す図である。

本発明は、多様な変更を加えることができ、様々な実施例を有し得るので、特定の実施例を図面に例示して詳細に説明する。しかし、これは、本発明を特定の実施形態に限定しようとするものではなく、本発明の思想及び技術範囲に含まれる全ての変換、均等物及び代替物を含むものと理解しなければならない。本発明を説明するにおいて、関連した公知技術に対する具体的な説明が本発明の要旨を不明瞭にし得ると判断される場合、それについての詳細な説明は省略する。

本出願で使用した用語は、特定の実施例を説明するために使用されたものに過ぎなく、本発明を限定しようとするものではない。単数の表現は、文脈上、明白に異なる意味を有さない限り、複数の表現を含む。

以下の説明において、「第１型スイッチ」は、最初短絡状態から開放状態に転移される動作を行えるスイッチを意味し、「第２型スイッチ」は、最初開放状態から短絡状態に転移される動作を行えるスイッチを意味する。

また、多数のバッテリーセルが直列に連結されたバッテリーセルグループの単位を「バッテリーモジュール」という。

また、バッテリーモジュールにスイッチング装置が結合されたものを「バッテリーブロック」と称し、多数のバッテリーブロックが一つのバッテリーパックを構成することができる。

図１は、本発明のバッテリーブロックの図である。

図１のバッテリーモジュールは、「多数の基本バッテリーセル１１１が直列に連結された基本バッテリー（セル）グループ１１０」と、「多数の取り替え用バッテリーセル１３１が直列に連結された取り替え用バッテリー（セル）グループ１３０とが直列に連結されている。

それぞれの基本バッテリーセルに第１型スイッチＳ１が直列に連結され、第２型スイッチＳ２が並列に連結されている。このとき、第２型スイッチＳ２の位置と関連して、前記第１型スイッチが直列に連結された経路に第２型スイッチが並列に連結されていると表現することもできる。

それぞれの取り替え用バッテリーセルには第１型スイッチＳ１が並列に連結され、第２型スイッチＳ２が直列に連結されている。このとき、第１型スイッチＳ１の位置と関連して、前記第２型スイッチが直列に連結された経路に第１型スイッチが並列に連結されていると表現することもできる。

前記バッテリーセルは、多数の下部バッテリーセルが集合されたバッテリーセルであってもよい。

最初状態では、第１型スイッチＳ１が短絡されており、第２型スイッチＳ２は開放されているので、各基本バッテリーセルは全て作動状態であり、取り替え用バッテリーセルは全て作動しない状態である。すなわち、各基本バッテリーセルは電気流れ線路（電気が流れる線路）に含まれた状態で、取り替え用バッテリーセルは電気流れ線路に含まれない状態である。このとき、モジュール陽極端子１０１とモジュール陰極端子１０２との間の電圧は、各基本バッテリーセルの出力電圧を合わせた値と同じである。

バッテリー制御装置の制御部は、作動中であるバッテリーセルのうち故障したバッテリーセルを発見すると、その故障したバッテリーセルの電気的連結を排除し、取り替え用バッテリーセルに取り替えるように制御するようになる。

制御部が故障したバッテリーセルを発見するためには、それぞれのバッテリーセルの状態を測定するセンシング部（例えば、バッテリーセルの電圧、電流、温度を測定する装置）が設置されており、その測定結果が制御部に伝送されなければならないことは当然な事実である。このような技術は既に公知となっており、この部分は本発明の特徴部と関連していないので、それについての詳細な説明は省略する。

以下では、「故障したバッテリーセルの電気的連結を排除し、取り替え用バッテリーに取り替えるように制御する過程」について詳細に説明する。

制御部は、故障したバッテリーセルに連結された第１型スイッチには開放状態に転移することを指示する信号を送り、故障したバッテリーセルに連結された第２型スイッチには短絡状態に転移することを指示する信号を送る。その結果、その故障したバッテリーセルは電気流れ線路から除外され、その故障したバッテリーセルには電気が流れなくなる。

そして、制御部は、取り替え用バッテリーセルグループ１３０のうち一つの取り替え用バッテリーセルを選択し、選択された取り替え用バッテリーセルに連結された第１型スイッチには開放状態に転移することを指示する信号を送り、選択された取り替え用バッテリーセルに連結された第２型スイッチには短絡状態に転移することを指示する信号を送る。その結果、選択された取り替え用バッテリーセルが電気流れ線路に含まれ、選択された取り替え用バッテリーセルに電気が流れるようになる。

上記のような過程を経ると、故障した基本バッテリーセルを取り替え用バッテリーセルに取り替える過程が完了する。

このとき、基本バッテリーセルに連結された各スイッチはセルの分離に使用されるので、「セル分離スイッチング部１２０」と称することができる。そして、取り替え用バッテリーセルに連結された各スイッチはセルの取り替えに使用されるので、「セル取り替えスイッチング部１４０」と称することができる。

故障したバッテリーセルを排除した後、取り替え用バッテリーを連結して電気流れ線路に含ませると、故障したバッテリーセルの排除後にもバッテリーモジュールの出力電圧が降下しないという長所がある。

図１のバッテリーブロック１００は、「基本バッテリーグループ１１０」、「セル分離スイッチング部１２０」、「取り替え用バッテリーグループ１３０」、及び「セル取り替えスイッチング部１４０」を含む。

図１の構成は変形可能である。

図２は、本発明のバッテリーブロックの変形実施例を示す図である。

図２が図１と異なる点は、セル取り替えスイッチング部１４０ａの構成にある。

取り替え用バッテリーグループ１３０にＮ個の取り替え用バッテリーセルが直列に連結されており、それぞれの取り替え用バッテリーセルの極点（＋極又は−極）とモジュール陽極端子１０１との間にスイッチを設置する場合、図２に示すように（Ｎ＋１）個のスイッチを設置することができる。

このとき、基本バッテリーセルグループ１１０と連結される極点には第１型スイッチが設置され、基本バッテリーグループ１１０と最も遠い側に連結される極点には第２型スイッチが設置される。

そして、（Ｎ−１）個の残りの極点には第３型スイッチが設置される。

「第３型スイッチ」は、最初開放状態から短絡状態に転移される動作を行うことができ、短絡状態から再び開放状態に転移される動作を行えるスイッチである。

第３型スイッチも、最初開放状態から短絡状態に転移される動作を行えるので、第２型スイッチの一種であると見なすことができる。

以下では、図２のバッテリー制御装置の動作を説明する。

バッテリー制御装置の制御部が作動中であるバッテリーセルのうち故障したバッテリーセルを発見し、その故障したバッテリーセルの電気的連結を排除する過程は図１のバッテリー制御装置の場合と同一である。

これらの過程の相違点は、取り替え用バッテリーを連結するセル取り替えスイッチング部１４０ａの動作にある。

最初に故障したバッテリーセルが発生した場合は、スイッチ１４１を開放し、その次のスイッチであるスイッチ１４２を短絡させる。他のバッテリーセルの故障が発生した場合は、スイッチ１４２を開放し、その次のスイッチであるスイッチ１４３を短絡させる。このような過程を繰り返すと、故障したバッテリーの数だけ取り替え用バッテリーを電気流れ線路に含ませ、バッテリーモジュールの電圧を一定に維持することができる。

図２のバッテリー制御装置は、図１のバッテリー制御装置と比較すると、セル取り替えスイッチング部１４０ａのスイッチの数を減少させることができ、電気流れ線路上のスイッチの数が少なくなるので、スイッチによる抵抗が小さくなるという長所を有するが、取り替え用バッテリーのうち最初のものが故障する場合、残りの取り替え用バッテリーを全て使用できなくなるという問題を有する。

ところが、図１及び図２のバッテリーモジュールのバッテリー制御装置は、故障したバッテリーセルが取り替えられた後、以前と同一の電圧を出力できるが、取り替える過程では電圧が不連続的になり得る。したがって、バッテリーモジュールを並列に連結し、バッテリーセルを取り替えるバッテリーモジュール（又はバッテリーブロック）は、バッテリーセル取り替え時間の間にその並列連結から切ることが好ましい。

図３は、多数のバッテリーブロックが連結された状態を示す図である。

図３のバッテリー制御装置２００にはｎ個のバッテリーブロック１００ａ〜１００ｎが並列に連結されており、それぞれのバッテリーブロックにはモジュールスイッチ２１０ａ〜２１０ｎがそれぞれ直列に連結されている。

また、それぞれのバッテリーブロックは、図１又は図２のスイッチング部（セル分離スイッチン部及びセル取り替えスイッチング部）、基本バッテリーグループ、及び取り替え用バッテリーグループを含む。

自動バッテリーセル切替器の制御部が故障した基本バッテリーセルを感知すると、故障したバッテリーセルに連結された第１型スイッチ及び第２型スイッチを作動させ、故障した基本バッテリーセルの連結を電気流れ線路から排除し、故障したバッテリーセルがあるバッテリーモジュールから選ばれた取り替え用バッテリーセルに連結された第１型スイッチ及び第２型スイッチを作動させ、取り替え用バッテリーセルが電気流れ線路に含まれるように制御する。また、該当のバッテリーモジュールでの取り替え動作の間、出力電圧が不連続的になる問題を防止するために、該当のバッテリーモジュールのモジュールスイッチは取り替え動作の間に開放される。

したがって、図３のバッテリー制御装置の動作は次の段階を含む。

（１）バッテリー制御装置の制御部が、センシング部の入力から基本バッテリーセルのうち故障したバッテリーセルを感知する段階

（２）バッテリー制御装置の制御部が、故障したバッテリーセルが含まれたバッテリーモジュールのモジュールスイッチを開放させる段階

（３）バッテリー制御装置の制御部が、故障したバッテリーに連結された第１型スイッチ及び第２型スイッチを作動させ、故障した基本バッテリーセルの連結を電気流れ線路から排除する段階

（４）バッテリー制御装置の制御部が、取り替え用バッテリーセルに連結された第１型スイッチ及び第２型スイッチを作動させ、取り替え用バッテリーセルを電気流れ線路に含ませる段階

（５）バッテリー制御装置の制御部が、故障したバッテリーセルが含まれたバッテリーモジュールのモジュールスイッチを短絡させる段階

図３のバッテリー制御装置は、故障したバッテリーセルの取り替え動作の間、バッテリーの出力電圧が一定に維持されるという長所を有する。

前記バッテリー制御装置の制御部は、バッテリーセルの状態を測定する測定部からバッテリーセルの状態が伝達されると、バッテリーセルの故障有無を判断することができ、バッテリー制御装置に連結されたスイッチに制御信号（スイッチを開放又は短絡することを指示する信号）を送ることができる。

以上で説明したバッテリー制御装置の制御部は、バッテリー制御装置の構成のうちそのバッテリー制御装置を制御する部分を意味する。このとき、バッテリー制御装置は、バッテリー制御部及びスイッチング部（セル分離スイッチング部、セル取り替えスイッチング部など）を含む装置である。

バッテリー制御装置の制御部は、既存のバッテリー管理システム（ＢＭＳ）技術を用いて具現することができる。

制御部は、バッテリーモジュール単位の制御部と、バッテリーモジュールを連結したバッテリーパック全体の制御部とに区分されてもよいが、本出願では、便宜上、これらを制御部と通称する。

また、図１及び図２の第１型スイッチ及び第２型スイッチは一つのスイッチに変形可能である。

図４は、第１型スイッチ及び第２型スイッチの変形図である。

図４（ａ）は、第１型スイッチ及び第２型スイッチを示す図で、図４（ｂ）は、図４（ａ）に対応する一つのスイッチ（第４型スイッチ）を示す図である。

図４（ｂ）の第４型スイッチは、最初はａ端子がｂ端子と短絡され、ｃ端子と開放された状態でｂ端子と開放され、ｃ端子と短絡された状態に転移することができる。

図４（ｂ）の第４型スイッチは、「図４（ａ）の第１型スイッチ及び第２型スイッチ」と同一の機能をする。

「第２型スイッチ」は、「ａ接点（ｍａｋｅ ｃｏｎｔａｃｔ）スイッチ」、又は「１接点短絡型スイッチ」とも呼ばれ、「第１型スイッチ」は、「ｂ接点（ｂｒｅａｋ ｃｏｎｔａｃｔ）スイッチ」又は「１接点開放型スイッチ」とも呼ばれる。

１接点スイッチ（Ｏｎｅ−ｗａｙ ｓｗｉｔｃｈ）は、前記第１型スイッチや第２型スイッチのように、電流が流れる線路が１個であるスイッチを意味する。

「第１型スイッチ」と「第２型スイッチ」とが合されたスイッチ、すなわち、図４（ａ）のようなスイッチは、電流が流れる線路が２個形成されるので、「２接点スイッチ」（Ｔｗｏ−ｗａｙ ｓｗｉｔｃｈ）とも呼ばれ、「ｃ接点（ｃｈａｎｇｅ−ｏｖｅｒ ｃｏｎｔａｃｔ）スイッチ」とも呼ばれるが、本発明ではｃ接点スイッチと呼ぶことにする。

ところが、図１〜図３のバッテリー制御装置には第１型スイッチ及び第２型スイッチを多数含むが、これらのスイッチには大容量の電流が流れるようになり、従来の機械的接点方式のスイッチ技術では、「大容量の電流が流れるとき、高い耐衝撃性を有すると同時に、小さい接触抵抗を有する小型／軽量化スイッチ」を製作することができない。

したがって、本発明のスイッチは、小さい導通抵抗を有する小型／軽量化されたスイッチを作るために溶融スイッチに製作する。溶融スイッチは、スイッチの動作時、２個の電極間の伝導性接合物質が溶融されるスイッチを意味する。伝導性接合物質は、ソルダリング物質とも呼ばれる。

すなわち、２個の電極をなす２個の導体間に伝導性接合物質（例えば、鉛、銀、スズ、銅、インジウムなどの合金）を位置させた後、２個の電極を電気的に連結するときは、伝導性接合物質を溶かした後、これを２個の電極にそれぞれ接触させて凝固させ、２個の電極を電気的に分離するときは伝導性接合物質を溶かして剥ぎ取る。

このとき、伝導性接合物質が溶けるとき、２個の導体は溶いてはならないので、伝導性接合物質の融点は２個の電極の融点より低いことが好ましい。

したがって、本発明の溶融スイッチにおいては、電極は溶融されず、伝導性接合物質のみが溶融され、融点の温度によって区分されるソルダリング（軟半田付け）及びブレージング（硬半田付け）を全て含むので、本発明で言及するソルダリングはブレージングの意味も含む。

図５は、本発明による１接点溶融スイッチ（Ｏｎｅ−ｗａｙ ｆｕｓｉｂｌｅ ｓｗｉｔｃｈ）の概念図である。１接点溶融スイッチは、ａ接点溶融スイッチ（ｍａｋｅ ｃｏｎｔａｃｔ−ｆｕｓｉｂｌｅ ｓｗｉｔｃｈ）及びｂ接点溶融スイッチ（ｂｒｅａｋ ｃｏｎｔａｃｔ−ｆｕｓｉｂｌｅ ｓｗｉｔｃｈ）を含む。

ａ接点溶融スイッチは、ａ接点溶融スイッチの機能を具現する溶融スイッチを意味し、ｂ接点溶融スイッチは、ｂ接点スイッチの機能を具現する溶融スイッチを意味する。

ａ接点溶融スイッチ及びｂ接点溶融スイッチを含む概念で、１接点溶融スイッチという用語を使用することもできる。

図５に示すように、１接点溶融スイッチは、分離されている２個の固定電極、前記固定電極と密着（又は接触）又は分離される方向に移動できる移動電極、前記移動電極が単方向又は両方向に移動できるように移動電極に移送力を提供する移送部、前記固定電極と移動電極との間にソルダリング状態の溶融結合又はデソルダリング状態の溶融分離を行うための伝導性接合物質（ソルダリング物質）、及び発熱部を含む。

前記移送部は、移送力を発生する手段（例えば、ばね、モーター、電磁石など）を含み得る。前記移送部は、移動電極を移動させる力、すなわち、移送力Ｆを移動電極に伝達する。

前記発熱部は、前記固定電極と移動電極との接点部位に位置する伝導性接合物質を溶融させるために熱を供給する部分であって、熱を発生する発熱体を含む。発熱部は、移動電極及び２個の固定電極の全てに熱を供給してもよく、それらのうち一部のみに熱を供給してもよい。図５において、発熱体が供給する熱はＴと表示される。

発熱体が電気によって熱を発生する装置である場合、発熱体には、電気供給のための電力供給部が必要である。電力供給部は、発熱体に電力を供給したり、又は発熱体への電力供給を遮断することができる。

以下では、ａ接点溶融スイッチの具体的な実施例を説明する。

図６は、ａ接点溶融スイッチの第１実施例の動作前後の状態を示す。

図６（ａ）は、ａ接点溶融スイッチの動作前の状態を示す。

図６の溶融スイッチは、最初に移動電極３２０がホールド部３３０に溶融結合状態で固定されており、固定電極３１１と固定電極３１２とは電気が通じない開放状態である。

図６（ａ）の２個の固定電極は離隔しており、電気的に分離されている。したがって、２個の固定電極は絶縁・分離されていると言える。すなわち、空気又は真空によって絶縁されたり、絶縁体によって絶縁された場合も絶縁されたものと言えるので、図６（ａ）の２個の固定電極は絶縁・分離されたものと言える。

前記ホールド部３３０は、外部からの衝撃に対する耐久性を与えるために移動電極３２０を固定させることを目的とする。前記移動電極３２０と前記ホールド部３３０との間には低温溶融物質３３１が存在し、移動電極３２０と前記ホールド部３３０とを溶融・結合させる。低温溶融物質３３１は、その融点が前記移動電極３２０及び前記ホールド部３３０より低いことから付けられた名称であり、これは、伝導性物質であってもよく、非伝導性物質であってもよい。

移動電極３２０の下部及び２個の固定電極３１１、３１２の上部には伝導性接合物質３２０ａがめっき又はコーティングされている。伝導性接合物質３２０ａの融点は、前記固定電極３１１、３１２の融点及び前記移動電極３２０の融点より低い。伝導性接合物質３２０ａの代表的な例としては半田がある。

移動電極３２０の内部には、絶縁された熱線で構成される発熱体３２１が存在し、発熱体電力供給線３２２は発熱体の電力供給部に連結される。

ばね３３８及びばねハウジング３３９は移送力発生手段を構成する。

図６の移送力発生手段は、ばね３３８の弾性力によって移送力を発生させる。

伝達リンク３３５は、ばねによる移送力を移動電極３２０に伝達する役割をする。伝達リンク３３５は移動電極３２０に付着していることが好ましい。

図６の移送力発生手段は移送力を発生させるが、移動電極３２０が低温溶融物質３３１によってホールド部３３０に固定されているので、移動電極３２０は動かすことができない。

図６（ｂ）は、ａ接点溶融スイッチの動作後の状態を示す図である。

図６（ａ）において、発熱体３２１に電力が供給されることによって熱が発生すると、低温溶融物質３３１が溶けるので、移送力発生手段の移送力によって移動電極３２０が下側に移動する。また、伝導性接合物質３２０ａも発熱体の熱によって溶けるようになる。

その後、発熱体３２１への電力供給が中断されると、伝導性接合物質３２０ａは移動電極３２０及び２個の固定電極３１１、３１２と接触した状態で凝固されるが、これを溶融・結合された状態であると称することができる。その結果、２個の固定電極３１１、３１２は電気的に連結された状態になる。

２個の固定電極３１１、３１２間には十分な隔離距離が存在するので、優れた耐電圧特性を有する。２個の固定電極３１１、３１２間に絶縁体が存在する場合、より優れた耐電圧特性を有する。

優れた耐電圧特性を有しながらも、図６（ｂ）において２個の固定電極３１１、３１２が移動電極３２０に最大限密着する構造を有するので、２個の固定電極３１１、３１２間の導通抵抗は非常に小さい。

また、図６のスイッチにおいては、２個の固定電極３１１、３１２が曲げ性のない厚い導体である場合にも動作し得る構造を提供するので、スイッチの導通抵抗を最小化することができ、大電流容量に対比してスイッチのサイズを減少できるという長所がある。

移送力発生手段がないとしても、重力によって移動電極３２０が下側に（重力方向に）移動し得る。しかし、移送力発生手段がない場合、溶融結合のための接触圧力が弱く、移動電極を移動させるための設置方向が制限されるという問題がある。

このような問題を克服するために、移動電極の移動を移動電極の荷重にのみ依存せず、移動電極の移動のための移送力発生手段を別途に備えることが好ましい。

前記移送力発生手段は、モーター（リニアモーターを含む）、電磁石などによって力を発生するものであってもよく、永久磁石間の反発力や弾性力によるもの（例えば、板ばね、圧縮ばねなどを用いたもの）であってもよい。適用分野の要求条件に応じて、その他の多様な方法で単方向又は両方向の移送力を発生させることができる。

このとき、モーター、電磁石などによって力を発生する両方向移送力発生手段の場合、両方向へのスイッチ動作が可能であるが、装置が多少複雑になるという短所がある。また、永久磁石間の反発力や弾性力による移送力発生手段の場合、一方向にのみ移送力を発生させる装置は簡単に具現できるが、両方向に移送力を発生させる装置は具現しにくいという問題がある。

図６に示すように、本発明の実施例では、理解を促進するために、代表的な移送力発生手段として簡単に具現可能な圧縮ばねを適用した。

ここで、両方向の移送力発生手段であるモーター及び電磁石を前記圧縮ばねの代わりに使用可能であることは当然である。両方向の移送力発生手段を備える場合、溶融スイッチの作動後、復帰動作まで行えるという長所がある。例えば、ａ接点溶融スイッチの場合、開放状態から短絡状態に変更される動作を行ってから、再び開放状態になる復帰動作も行える。

すなわち、オン−オフ接点間の状態転移が両方向に動作する可逆的構造を有することができる。

前記発熱体３２１は、前記伝導性接合物質３２０ａを溶融させる機能を提供する。前記発熱体３２１は、伝導性接合物質３２０ａを溶かすことができる限り、どこに設置されてもよいが、発熱体の部品を減少させ、熱伝逹効率を極大化するために前記移動電極３２０の内部に搭載されることが好ましい。発熱体は、ガス、液体燃料、火薬などによって熱を発生するものであってもよいが、安全性及び制御の容易性のために電気熱線（電気を通過させるときに熱を発生させる抵抗線）を用いることが好ましい。

固定電極及び移動電極は、電流が導通可能な伝導体であって、良好な導電率を有する素材で形成されることが好ましい。

移動電極は、高い導電率を有することが好ましく、内部に発熱体がある場合、熱伝導がうまくなされるべきであるので、良好な熱伝導率を有する伝導体（例：銅）として形成されることが好ましい。

本発明の溶融スイッチにおいて、伝導性接合物質は、溶融結合が行われる固定電極及び移動電極の導体の接合部位にソルダリング物性特性が損傷しない多様な形態で位置することが可能である。（例：めっき、コーティング、接着、物理的固定など）

特に、固定電極及び移動電極の導体を外部環境から保護（腐食防止、酸化防止など）し、これらの溶融結合を容易にするために、伝導性接合物質は、めっき（例：鉛、スズ、銀、銅、インジウムなどの合金）又はコーティング形態で接合部位に付着していることがさらに好ましい。

また、伝導性接合物質は、電極との溶融結合を容易にするためにソルダリング触媒剤（例：半田付け用フラックス）を含有することが好ましい。

使用目的及び用途に応じて前記伝導性接合物質の構成成分の物性値を異ならせ、固定電極と移動電極との間の接触抵抗、融点温度、接触部位の機械的／物理的強度を調節することができる。

このとき、移動電極の溶融結合及び溶融分離時間を短縮するために、移動電極のみならず、固定電極に発熱体をさらに設置することもできる。

従来の溶融スイッチにおいては、伝導性接合物質を溶かす発熱体が電極の外部にあるので、伝導性接合物質に伝達される熱伝逹効率が低い。図６に示すように発熱体を電極の内部に設置すると、電極と発熱体との接触面積が増加し、電極に伝達される熱が多くなり、電極の発熱量が高くなる。したがって、伝導性接合物質に伝達される熱伝逹効率が高いので、溶融時間を短縮させることができる。

また、図６（ａ）の実施例において、発熱体の熱が２個の固定電極３１１、３１２を介して抜け出ないという長所もある。

図７は、発熱体を移動電極に搭載させるための移動電極の形状の例を示す。

図７（ａ）に示すように、移動電極の内部には矩形断面の貫通穴が穿孔形成されて矩形管状を有し、前記貫通穴に面相発熱体が挿入されてもよい。

図７（ａ）のような構造は、従来の外部発熱体構造に比べて発熱体の熱伝逹効率が高い。

図７（ｂ）に示すように、移動電極の内部に多数の穴が形成され、前記貫通穴に絶縁された熱線で構成される発熱体が挿入され得る。

多数の穴に多数の熱線を挿入すると、熱線と移動電極との接触面積がさらに増加するので、熱伝逹効率がさらに高くなる。

多数の穴に多数の熱線を挿入してもよいが、一つの穴に一つの熱線のみを挿入するとしても発熱体としての機能を行える。

図７の例に示すように、発熱体を移動電極の内部に挿入する場合は、発熱体と移動電極との接触面積を極大化できるので、発熱体を移動電極の側面に付着する場合に比べて熱伝逹効率を向上させることができる。

図８は、ａ接点溶融スイッチの第２実施例の動作前後の状態を示す。

図８（ａ）は、ａ接点溶融スイッチの動作前の状態を示す。

移動電極３２０の下部及び２個の固定電極３１１、３１２の上部には絶縁支持部材３４０が形成されており、移動電極３２０の下部及び２個の固定電極３１１、３１２の上部には伝導性接合物質３２０ａがめっき又はコーティングされている。

絶縁支持部材３４０（例：発泡スチロール、半田付け用フラックスなど）は、熱に弱いと共に、持続的な支持力を有する材質からなるべきである。すなわち、絶縁支持部材は、絶縁支持部材に接する電極より低い融点を有さなければならない。

図８（ａ）は、ａ接点溶融スイッチの動作前の状態を示し、図８（ｂ）は、ａ接点溶融スイッチの動作後の状態を示す。

移動電極３２０の発熱体３２１が熱を発生させると、発熱体３２１の熱が移動電極３２０の温度を上昇させ、その熱によって絶縁支持部材３４０が溶けてしまい、支持力を喪失するようになる。その結果、移送力発生手段の移送力によって移動電極３２０が下側に移動した後、伝導性接合物質３２０ａに接するようになり、伝導性接合物質３２０ａを溶かすようになる。その後、発熱体３２１の発熱が中断されると、伝導性接合物質３２０ａが凝固され、移動電極３２０と固定電極３１１、３１２とが溶融・結合される。

絶縁支持部材３４０は、溶融スイッチの動作前に移動電極の移動を制限してから、溶融スイッチの動作時には熱によって溶けて移動電極の移動を制限しないようにする。

図８は、固定電極３１１、３１２の上部に伝導性接合物質３２０ａをめっき又はコーティングした場合を示すが、移動電極３２０の下部に伝導性接合物質をめっき又はコーティングしてもよく、固定電極３１１、３１２の上部及び移動電極３２０の下部の全てに伝導性接合物質をめっき又はコーティングしてもよい。

また、図８に示すように、絶縁支持部材３４０の面積を移動電極３２０の下部面の面積と同一にしてもよいが、絶縁支持部材３４０の面積を移動電極３２０の下部面より非常に小さい面積にしてもよい。

図９は、ａ接点溶融スイッチの第３実施例の動作前後の状態を示す。

図９（ａ）は、ａ接点溶融スイッチの動作前の状態を示し、図９（ｂ）は、ａ接点溶融スイッチの動作後の状態を示す。

図９（ａ）の２個の固定電極３１１、３１２は離隔しており、電気的に分離されている。

ばね３３８及びばねハウジング３３９は移送力発生手段を構成するが、伝達リンク３３５の内部には伝達リンク穴３３５ａが形成されており、その伝達リンク穴３３５ａの内部にヒューズワイヤ３５０が通過しながら伝達リンク３３５の位置を固定させる。

スイッチ動作時には発熱体３２１及びヒューズワイヤ３５０に電流が供給され、ヒューズワイヤは溶けて切れるようになり、前記拘束された圧縮されたばね３３８の弾性力が伝達リンク３３５を介して前記移動電極３２０に伝達される。

ここで、ａ接点溶融スイッチを具現する前記実施例及び溶融結合を含む本発明の全ての溶融スイッチは、動作時間を短縮させ、固定電極端子の温度上昇を最小化するために、図９の圧縮ばね３３８及びヒューズワイヤ３５０を用いて溶融結合が起こる前に移動電極を予め十分に予熱させることができる。

すなわち、前記ヒューズワイヤ３５０を切る前に、まず、移動電極３２０の発熱体３２１に所定時間の間に電力を供給すると、移動電極は固定電極に接触する前に高い温度で加熱され、その結果、溶融結合動作時間を短縮させ、固定電極端子の温度上昇を最小化することができる。

図１０は、ａ接点溶融スイッチの変形実施例の動作前後の状態を示す。図１０（ａ）は、ａ接点溶融スイッチの動作前の状態を示し、図１０（ｂ）は、ａ接点溶融スイッチの動作後の状態を示す。

図１０（ａ）では、第３電極４２０の内部に発熱体４２１が挿入されており、発熱体４２１には発熱体電力供給線４２２を介して電力を供給することができる。

第３電極４２０の両側には、伝導性接合物質４２０ａがめっき又はコーティングされている。第１電極４１１と第３電極４２０との間及び第２電極４１２と第３電極４２０との間には絶縁支持部材４４０が位置する。絶縁支持部材４４０は、熱に弱いと共に、絶縁性を有する物質であって、電極（第１電極４１１、第２電極４１２、第３電極４２０）より低い融点を有する。

ブラケットばね４６０は、第１電極４１１及び第２電極４１２を取り囲む「ブラケット形態の弾性ばね」であって、圧縮力を提供する。第１電極４１１及び第２電極４１２の外側の絶縁体４５０は、「ブラケット形態の弾性ばね」が伝導性を有する金属である場合、それによって第１電極４１１と第２電極４１２とが電気的に連結されることを防止するためのものであるので、ブラケットばね４６０が伝導性のない材質（例えば、伝導性のないプラスチック）からなる場合、絶縁体４５０が必要でない。

図１０（ａ）の状態で第３電極４２０の発熱体４２１が発熱すると、その熱によって伝導性接合物質４２０ａ及び絶縁支持部材４４０が溶けるようになる。すなわち、絶縁支持部材４４０は溶けてなくなり、伝導性接合物質４２０ａは溶融状態になる。このとき、ブラケットばね４６０によって押す力が存在する状態で発熱体の発熱が中断されると、伝導性接合物質４２０ａが凝固されながら、第３電極４２０が第１電極４１１及び第２電極４１２と溶融・結合（溶融後に凝固されて結合）され、図１０（ｂ）に示すように、第１電極４１１と第２電極４１２とが電気的に連結された状態になる。

図１０の実施例は、第３電極４２０にのみ伝導性接合物質４２０ａがめっき又はコーティングされている場合を示すが、第１電極４１１及び第２電極４１２に伝導性接合物質４２０ａをめっき又はコーティングしてもよく、第３電極４２０、第１電極４１１及び第２電極４１２の全てに伝導性接合物質４２０ａをめっき又はコーティングしてもよい。

図１０の実施例とは反対に、第３電極４２０は溶融スイッチハウジングに固定され、第１電極４１１と第２電極４１２とが第３電極４２０から分離されるように移送力発生手段を構成すると、ｂ接点の溶融スイッチになり得ることは当然である。

以下では、ｂ接点溶融スイッチの具体的な実施例を説明する。

ｂ接点スイッチは、第１型スイッチのように「２個の電極が最初短絡状態から開放状態に転移される動作を行えるスイッチ」を意味し、ｂ接点溶融スイッチは、ｂ接点スイッチである溶融スイッチを意味する。

図１１は、ｂ接点溶融スイッチの第１実施例の動作前後の状態を示す。

図１１（ａ）は、ｂ接点溶融スイッチの動作前の状態を示し、図１１（ｂ）は、ｂ接点溶融スイッチの動作後の状態を示す。

図１１（ａ）において、移動電極５２０と２個の固定電極５１１、５１２との間に伝導性接合物質５２０ａがソルダリング状態で溶融・結合されており、２個の固定電極５１１、５１２は電気的に連結されている。

ばね５３８及びばねハウジング５３９は移送力発生手段を構成する。

図１１の移送力発生手段は、ばね５３８の弾性力によって移送力を発生させる。

伝達リンク５３５は、ばねによる移送力を移動電極５２０に伝達する役割をする。伝達リンク５３５は移動電極５２０に付着していることが好ましい。

図１１の移送力発生手段は移送力を発生させるが、移動電極５２０が伝導性接合物質５２０ａによって２個の固定電極５１１、５１２に固定されているので、移動電極５２０は動かすことができない。

移動電極５２０の内部には発熱体５２１が存在する。図１１の発熱体５２１は絶縁された熱線である。発熱体電力供給線５２２は発熱体に電力を供給する役割をする。

図１１（ａ）において、移動電極５２０に設置されている発熱体５２１に電力が供給されると、発熱体５２１の発熱によって移動電極５２０の温度が上昇するようになり、その結果、移動電極５２０と固定電極５１１、５１２との接合部位にある伝導性接合物質５２０ａが融点に至り、伝導性接合物質が溶融されると同時に、移動電極５２０が移送力発生手段の移送力によって固定電極５１１、５１２から分離されて移動するようになる。

したがって、前記構造は、最初短絡状態から開放状態に転移されるスイッチング機能を提供する。

図１１（ｂ）において、ホールド部５３０は、外部からの衝撃に対する耐久性を与えるために移動電極５２０を固定させることを目的とする。前記移動電極５２０と前記ホールド部５３０との間には低温溶融物質５３１が存在し、移動電極５２０と前記ホールド部５３０とを溶融・結合させる。低温溶融物質５３１は、その融点が前記移動電極５２０及び前記ホールド部５３０より低いことから付けられた名称であり、伝導性物質であってもよく、非伝導性物質であってもよい。

スイッチ動作時に前記低温溶融物質５３１も発熱体の熱によって溶けてから、スイッチの動作完了後に凝固され、移動電極５２０を前記ホールド部５３０に固定するようになる。

移送力発生手段がないとしても、重力によって移動電極５２０によって下側に移動することができる。前記ホールド部５３０の役割は、移送力発生手段がない場合に重要であり、図１１に示すように移送力発生手段がある場合、前記ホールド部５３０は省略可能である。

図１２は、ｂ接点溶融スイッチの第２実施例の動作前後の状態を示す。

図１２において、ヒューズワイヤ５５０は、圧縮ばね５３８の弾性力を拘束させ、溶融スイッチの動作前に移動電極５２０に加えられる力を遮断させる役割をする。

図１２（ａ）は、ｂ接点溶融スイッチの動作前の状態を示し、図１２（ｂ）は、ｂ接点溶融スイッチの動作後の状態を示す。

図１２（ａ）において、伝導性接合物質５２０ａが２個の固定電極５１１、５１２と移動電極５２０との間に溶融・結合されており、２個の固定電極５１１、５１２は電気的に連結されている。

ばね５３８及びばねハウジング５３９は移送力発生手段を構成するが、伝達リンク５３５の内部には伝達リンク穴５３５ａが形成されており、その伝達リンク穴５３５ａの内部にヒューズワイヤ５５０が通過しながら伝達リンク５３５の位置を固定させる。

スイッチ動作時には発熱体５２１及びヒューズワイヤ５５０に電流が供給され、ヒューズワイヤは溶けて切れるようになり、前記拘束された圧縮ばね５３８の弾性力が伝達リンク５３５を介して前記移動電極５２０に伝達される。

また、発熱体５２１の熱によって伝導性接合物質５２０ａも溶けるので、移動電極５２０は固定電極５１１、５１２から離隔するようになり、２個の固定電極５１１、５１２間の電気的連結が切れる。

ここで、圧縮ばね５３８の弾性力を拘束する前記ヒューズワイヤ５５０を使用しなくても、前記ｂ接点溶融スイッチの動作には何ら関係がない。

図１３は、本発明によるｃ接点溶融スイッチの概念図である。

ｃ接点溶融スイッチは、ｃ接点スイッチである溶融スイッチを意味する。「ｃ接点溶融スイッチ」は、ｂ接点溶融スイッチとａ接点溶融スイッチとを（機能的に）一つに結合した形態の溶融スイッチであると言える。

図１３に示すように、ｃ接点溶融スイッチは、上部に存在する２個の固定電極、下部に存在する２個の固定電極、上下方向に移動する移動電極、前記移動電極が単方向又は両方向に移動できるように移動電極に移送力を提供する移送部、前記固定電極と移動電極との間にソルダリング状態の溶融結合又はデソルダリング状態の溶融分離を行うための伝導性接合物質（ソルダリング物質）、及び発熱部を含む。

前記移送部は、移送力を発生する手段（例えば、ばね、モーターなど）を含み得る。

前記発熱部は、前記固定電極と移動電極との接点部位に位置する伝導性接合物質を溶融させるために熱を供給する部分であって、熱を発生する発熱体を含む。発熱部は、移動電極及び４個の固定電極の全てに熱を供給してもよく、そのうち一部のみに熱を供給してもよい。

発熱体が電気によって熱を発生する装置である場合、発熱体には電気供給のための電力供給部が必要である。電力供給部は、発熱体に電力を供給したり、又は発熱体への電力供給を遮断することができる。

移動電極が上側に移動して上部の２個の固定電極を連結すると、上部の２個の固定電極が電気的に連結される。移動電極が下側に移動して下部の２個の固定電極を連結すると、下部の２個の固定電極が電気的に連結される。移動電極が固定電極を連結するとき、これらが伝導性接合物質によって溶融・結合されるので、連結される固定電極間の抵抗は非常に小さくなる。

以下では、ｃ接点溶融スイッチの具体的な実施例を説明する。

図１４は、ｃ接点溶融スイッチの第１実施例の動作前後の状態を示す。

図１４（ａ）は、ｃ接点溶融スイッチの動作前の状態を示し、図１４（ｂ）は、ｃ接点溶融スイッチの動作後の状態を示す。

図１４は、図６のホールド部３３０又は図１１のホールド部５３０を一対の独立した固定電極端子に取り替えた場合を示す。このとき、取り替えられた固定電極端子と移動電極との間にも導電性接合物質が必要である。

図１４の溶融スイッチは、移動電極６２０の移動によって上側にある第１固定電極６１１及び第２固定電極６１２を開放させると同時に、下側にある第３固定電極６１３及び第４固定電極６１４を短絡させるので、図４（ａ）のスイッチと同じ機能を行うことができる

図１４の移動電極６２０は、図６及び図１１と同様に、移動電極に加えられる重力又は移送力（移送力発生手段が備えられた場合）方向に対して垂直に位置する固定電極の接触部位に移動して接触するようになる。

移動電極６２０の内部には発熱体６２１が存在する。図１４の発熱体６２１は絶縁された熱線である。発熱体電力供給線６２２は発熱体に電力を供給する役割をする。

ばね６３８及びばねハウジング６３９は移送力発生手段を構成する。

図１４の移送力発生手段は、ばね６３８の弾性力によって移送力を発生させる。

伝達リンク６３５は、ばねによる移送力を移動電極６２０に伝達する役割をする。伝達リンク６３５は移動電極６２０に付着していることが好ましい。

図１４の移送力発生手段は移送力を発生させるが、移動電極６２０が伝導性接合物質６２０ａによって第１固定電極６１１及び第２固定電極６１２に固定されているので、移動電極６２０は動かすことができない。

図１４のスイッチの動作時には、発熱体電力供給線６２２を介して発熱体６２１に電力を供給すると、移動電極６２０に接触している伝導性接合物質６２０ａを溶かすようになる。その結果、移送力発生手段の移送力によって移動電極６２０が下側に移動するようになり、移動電極６２０は、第３固定電極６１３及び第４固定電極６１４と伝導性接合物質６２０ａを介して溶融・結合される。

固定電極と移動電極との間の溶融結合が移動電極の荷重による圧力によってのみ行われると、溶融結合のための接触圧力が弱くなり、重力による方向性によって設置方向が制限されるという問題がある。

このような問題を克服するために、移動電極の移動を移動電極の荷重にのみ依存せず、移送のための移送力発生手段を別途に備えることができる。

図１４は、ｃ接点溶融スイッチの移送力発生手段を圧縮ばねとした状態を示す。

ここで、両方向の移送力発生手段であるモーター及び電磁石を前記圧縮ばねの代わりに使用可能であることは当然である。

前記各実施例の図面において、発熱体は移動電極にのみ埋め込んだが、伝導性接合物質をより速く溶融させ、溶融スイッチの動作時間を短縮させるために、移動電極及び固定電極の全てに発熱体を埋め込むこともできる。

図１５は、ｃ接点溶融スイッチの第１実施例において、移動電極及び固定電極の全てに発熱体が埋め込まれる場合の移動電極及び固定電極の斜視図である。図１５（ａ）は、ｃ接点溶融スイッチの動作前の状態を示し、図１５（ｂ）は、ｃ接点溶融スイッチの動作後の状態を示す。

図１５の移動電極６２０にも発熱体を挿入するための多数の穴が形成されており、４個の固定電極６１１、６１２、６１３、６１４にも発熱体を挿入するための多数の穴が形成されている。

前記移動電極に溶融分離及び溶融結合時に加えられる分離力及び接触力（接触圧力）は、前記移送力発生部で発生した力によって決定される。ここで、接触力（接触圧力）が高い状態で移動電極が固定電極に溶融・結合されると、相対的に導通抵抗を減少できるという効果がある。

前記移送力発生手段は伝達リンクをさらに含み、移送力発生手段で発生した力を伝達リンクを介して移動電極に伝達することができる。

前記伝達リンクは、移動電極の移動方向に二つの固定電極間を横切って移動する構造で構成され、流動性のある溶融された伝導性接合物質によって二つの固定電極が短絡されることを防止する仕切りとしての機能を提供することができる。ここで、仕切りは平板状からなることが好ましい。

また、前記溶融された伝導性接合物質の量を適宜調節するためには、溶融スイッチのハウジングの壁面に排出流路をさらに置くことができる。

本発明の伝達リンクは、前記実施例に限定されるものでなく、移送力発生手段、固定電極、移動電極及び溶融スイッチの形状及び構造に応じて多様な形状からなることは当然である。

また、移動電極の移動時、正確に移動できるようにガイド溝を設置することもできる。

図１６は、ｃ接点溶融スイッチにガイド溝が設置された状態を示す。

図１６において、溶融スイッチハウジング６７０にガイド溝６７１が形成されており、そのガイド溝６７１に沿って仕切り６３６が上下に移動することができる。仕切り６３６に結合された移動電極６２０は、仕切り６３６と共に上下に移動しながら、上側の第１固定電極６１１及び第２固定電極６１２に結合したり、下側の第３固定電極６１３及び第４固定電極６１４に結合する。

溶融スイッチが実際の製品に製作された場合、必ず外部に露出する固定電極、電力供給線の他には溶融スイッチハウジングによって密閉されることが好ましい。

図１７は、ｃ接点溶融スイッチが溶融スイッチハウジングによって密閉された状態を示す。

図１７において、ｃ接点溶融スイッチが溶融スイッチハウジング６７０によって密閉され、４個の固定電極６１１、６１２、６１３、６１４及び電力供給線（表示省略）のみが外部に露出する。

図６、図８、図９、図１１〜図１４の矩形（点線で表示された矩形）はハウジング６８０を概念的に表示したものである。すなわち、図６、図８、図９、図１１〜図１４の矩形はハウジング６８０に該当するものであって、２個の固定電極の一部のみがハウジング６８０の外部に露出する。

図１８は、ｃ接点溶融スイッチの変形実施例を示す。

図１８の実施例は、絶縁支持部材７４０を用いて図４（ｂ）のｃ接点溶融スイッチを具現する。

第１固定電極７１１及び第２固定電極７１２が固定された位置に存在し、移動電極７２０がそれらの間に存在する。移動電極７２０が第１固定電極７１１と結合すると、移動電極７２０と第１固定電極７１１とが電気的に連結される。移動電極７２０が第２固定電極７１２と結合すると、移動電極７２０と第２固定電極７１２とが電気的に連結される。

移動電極７２０は、上側又は下側に動かせると共に、電気線路と連結可能でなければならないので、撚線（ｓｔｒａｎｄｅｄ ｃａｂｌｅ）と連結されたり、少しの弾性力がある電極でなければならない。

絶縁支持部材７４０は、半田付け用フラックスや発泡スチロールのように、熱に弱いと共に、持続的な支持力を有する材質からなるべきである。すなわち、絶縁支持部材は、絶縁支持部材に接する電極より低い融点を有さなければならない。

圧縮ばね７３８は、移動電極７２０を上側に移動させる移送力を発生させるが、絶縁支持部材７４０が移動電極７２０の移動を防止しており、移動電極７２０は伝導性接合物質７２０ａを介して第２固定電極７１２と結合されているので、移動電極７２０は第２固定電極７１２との電気的結合を維持する。

ところが、発熱体７２１が熱を発生させると、絶縁支持部材７４０及び伝導性接合物質７２０ａを溶かすので、移動電極７２０は、上側に移動して第１固定電極７１１と結合するようになる。発熱体の発熱が中断され、移動電極７２０が冷却されると、移動電極７２０と第１固定電極７１１とが伝導性接合物質７２０ａを介して溶融・結合されるので、移動電極７２０は第１固定電極７１１との電気的結合を維持するようになる。

図１８の溶融スイッチにおいて、「絶縁支持部材と第１固定電極との間」又は「絶縁支持部材と移動電極との間」に電気絶縁材（不導体）を位置させる場合、「絶縁支持部材」を電気が通じる「支持部材」に変更することもできる。

前記支持部材は、ヒューズワイヤなどの他の支持手段に取り替えられる。

前記圧縮ばね７３８は他の移送力発生手段に取り替えられる。

図８の絶縁支持部材３４０、図９のヒューズワイヤ３５０、図１２のヒューズワイヤ５５０、図１８の絶縁支持部材７４０などは、移動電極の移送力を抑制する移送抑制手段の一種であり、移送抑制手段はその他に多様な方法で具現され得る。例えば、移動電極の移動方向に対して垂直な方向のみに移動可能ないずれかの突出部が移動電極の側面に挿入されており、移動を禁止していてから、その突出部を移動電極の側面から抜き出す方向に移動すると移動電極の移動が許容される。このような移送抑制手段は、ａ接点スイッチ、ｂ接点スイッチ、ｃ接点スイッチの全てに使用可能である。

２個の電極が伝導性接合物質を介して溶融・結合されるとき、伝導性接合物質が流れ落ちる。

図１９は、伝導性接合物質が流れ落ちる状態を示す。

図１９（ａ）は、上側電極１０と下側電極２０とが溶融・結合する前の状態を示し、図１９（ｂ）は、上側電極１０と下側電極２０とが溶融・結合した後の状態を示す。

ここで、上側及び下側は重力の方向によって決定される。すなわち、重力が作用する方向が下側である。

上側電極１０と下側電極２０との間の間隔が狭くなると、溶融された伝導性接合物質２０ａは圧力によって横に押し出され、押し出された伝導性接合物質２０ａは重力によって下側に流れ落ちるようになる。

また、図１９（ａ）の上側電極１０及び下側電極２０が傾斜した状態で伝導性接合物質２０ａが溶けると、伝導性接合物質２０ａが横に流れ落ちることもある。これは、伝導性接合物質２０ａが電極にめっき又はコーティングされている場合にも同様である。

下側（重力が作用する方向）に位置する電極に溝を設置すると、溶融された伝導性接合物質が横に流れ落ちることを最小化することができる。

溝の位置は、下側電極の溶融結合部分の枠に沿って形成されることが好ましい。

図２０は、下側電極に溝を形成した実施例を示す。

図２０（ａ）は、上側電極１０と下側電極２０とが溶融・結合する前の状態を示し、図２０（ｂ）は、上側電極１０と下側電極２０とが溶融・結合した後の状態を示す。

図２０の下側電極２０には、溶融結合部分の枠に沿って溝２１が形成されている。

図２０（ｂ）において、伝導性接合物質２０ａは溝２１に集まるので、外部に溢れ出ないか、溢れ出る量を最小化することができる。

図２１は、溝が形成された下側電極の例を示す斜視図である。

溶融された伝導性接合物質が横に流れ落ちることを防止するために、下側（重力が作用する方向）に位置する電極に凹部を設置することもできる。

図２２は、凹部が形成された実施例１の状態を示す。

図２２（ａ）は、２個の電極が接触する前の状態を示し、図２２（ｂ）は、２個の電極が接触した後の状態を示す。

下側電極２０には凹部２５が形成されており、この凹部２５が伝導性接合物質２０ａを収容する。

上側電極１０には凸部１５が形成されており、この形状は下側電極２０の凹部２５に対応する形状となっており、上側電極１０の凸部１５は下側電極２０の凹部２５と密着し得る。

図２３は、凹部が形成された実施例２の状態を示す。

図２３（ａ）は、２個の電極が接触する前の状態を示し、図２３（ｂ）は、２個の電極が接触した後の状態を示す。

下側電極２０には凹部２５が形成されており、この凹部２５が伝導性接合物質２０ａを収容する。

上側電極１０には凸部１５が形成されており、その形状は下側電極２０の凹部２５に対応する形状となっており、上側電極１０の凸部１５は下側電極２０の凹部２５と密着し得る。

図２２は、下側電極の凹部及び上側電極の凸部が多面体形態となっている場合を示すが、図２３は、下側電極の凹部と上側電極の凸部とが曲面となった点で図２２の場合と相違している。

図２２及び図２３の実施例では、凹部及び凸部の形状及びサイズをほぼ一致させたが、凸部のサイズを凹部より少し小さくしたり、凸部の形状を一部切り取った形状にすることによって内部に空の空間を発生させると、溶融された伝導性接合物質がその空の空間に位置し得るので、伝導性接合物質が横に押し出されることを防止するのにさらに有利である。

また、凹部の深さを深くすると、溶融スイッチが傾いていても、溶融された伝導性接合物質２０ａが横に流れ落ちないという長所がある。

図２４は、凹部が形成された実施例３の状態を示す。

図２４（ａ）は、２個の電極が接触する前の状態を示し、図２４（ｂ）は、２個の電極が接触した後の状態を示し、図２４（ｃ）は、２個の電極が接触する前に傾いている状態を示す。

下側電極に凹部が形成されていると、溶融スイッチが何回繰り返して作動するとしても伝導性接合物質が外部に流れ出ないので、伝導性接合物質の損失が最小化され、反復的な溶融スイッチを製作するのに有利である。

凹部の形状、サイズ、及び深さは必要に応じて多様に変形可能である。

ところが、ただ１回のスイッチ動作でなく、溶融スイッチが反復的にスイッチ動作を行えるためには、反復的に溶融結合及び溶融分離を行うのに要求される伝導性接合物質が持続的に提供されなければならなく、また、移送力発生手段は、当然に一側方向でなく、両側方向に移送力を発生させ得るものでなければならない。両側方向に移送力を発生させ得る代表的な手段の例としてはモーターがある。移動電極は、モーター回転運動を直線運動に変換させる送りねじに結合され、両側方向への移送力を受ける。

図２５は、反復型溶融スイッチの実施例を示す。

図２５（ａ）は、反復型溶融スイッチの開放時の状態を示し、図２５（ｂ）は、反復型溶融スイッチの短絡時の状態を示す。

離隔した２個の固定電極８１１、８１２の下側には移動電極８２０が存在する。移動電極８２０はモーター８５０の回転トルクによって上下に移動し得る。モーターには送りねじ８５１が連結されており、伝達リンク８５２には送りねじ８５１に対応する形状のねじ山が形成されており、モーターの回転と共に伝達リンク８５２を上下に移動させる。

伝達リンク８５２は移動電極８２０と結合されている。

ここで、前記移動電極８２０の移送位置はモーター８５０によって制御できるので、移動電極を十分に予熱した後、これを固定電極に接触することによって溶融結合を行うことができる。

図２５（ａ）に示すように、移動電極８２０が２個の固定電極８１１、８１２と離隔していると、２個の固定電極８１１、８１２は電気的に分離される。図２５（ｂ）に示すように、移動電極８２０が２個の固定電極８１１、８１２と結合されていると、２個の固定電極８１１、８１２は電気的に連結される。

図２６は、図２５の反復型溶融スイッチの斜視図である。

図２７は、図２５の反復型溶融スイッチの移動電極の斜視図である。

移動電極８２０の上部には２個の凹部８２５が形成されており、この凹部８２５に伝導性接合物質が位置し得る。移動電極８２０の下部には、発熱体を挿入するための多数の穴が形成されている。

そして、本発明の溶融スイッチは、溶融分離及び溶融結合時に導通電流によるアーク発生を抑制するためのアーク防止手段を備えることがさらに好ましい。

図２８は、溶融スイッチのアーク防止装置の構成図である。

溶融スイッチ駆動部は、溶融スイッチを駆動する装置である。溶融スイッチ駆動部は、基本的に発熱体に電力供給及び電力遮断機能を提供する発熱体電力供給部と、モーターの駆動によって移動電極を移動させるための移送制御部とを含んで構成され得る。

半導体スイッチ（例えば、トランジスタ、Ｍｏｓｆｅｔ、ＩＧＢＴ、ＳＣＲ、トライアックなど）は溶融スイッチに並列に連結される。

半導体スイッチ駆動部は、半導体スイッチを駆動する装置である。

溶融スイッチが溶融・分離される直前に、まず、半導体スイッチをオンにし、溶融分離の終了後には半導体スイッチをオフにすることによってアーク発生を抑制させることができる。

すなわち、溶融分離の間には半導体スイッチが導通電流の経路を提供し、溶融分離の終了後には半導体スイッチによる導通電流の流れを遮断する。

また、半導体スイッチの導通時間を最小化するために、溶融スイッチの電流が切れる直前に半導体スイッチをオンにすることがさらに好ましい。

ここで、半導体スイッチの導通時間を最小化するために、半導体スイッチ駆動部は、溶融スイッチに流れる電流検出手段を含み、溶融スイッチに流れる電流値が目標値に到逹したかどうかを判断し、電流が目標値に到逹した場合、溶融分離又は溶融結合が完了したと認識し、半導体スイッチをオフにすることができる。（電流の目標値は、溶融スイッチを開放させるときは０で、スイッチを短絡させるときは、スイッチ短絡時の電流値になる。）

また、前記電流検出手段の代わりに、前記移動電極の位置検出手段によって溶融分離の完了状態を判断することができる。

ここで、前記移動電極の位置検出手段は多様な方法で具現可能である。

その例としては、移動電極の移送完了位置で移動電極に接触して動作するマイクロスイッチを用いる方法がある。

また、半導体スイッチの導通時間を最小化するために、溶融スイッチの溶融分離及び溶融結合時に実際に要される時間に基づいて半導体スイッチのオン／オフ時点を定めることもできる。

半導体スイッチの導通時間を最小化するために、溶融スイッチの電流が切れる直前に半導体スイッチをオンにすることが好ましいが、これは、溶融スイッチの発熱体に電気を供給した時間から推定することができる。例えば、常温で発熱体に電気を供給した後、約１０秒後に伝導性接合物質が溶け始める場合、約１０秒頃に溶融が開始されたと推定し、９秒頃に半導体スイッチをオンにすることができる。温度センサーを用いて溶融スイッチの温度を確認すると、伝導性接合物質が溶ける温度をさらに正確に推定することができる。

図２９は、溶融スイッチのアーク防止方法の例を示すフローチャートである。

まず、溶融スイッチの作動が開始されると、Ｓ１０段階において、半導体スイッチのオン命令が下される。

Ｓ２０段階において、溶融スイッチの作動開始命令が下される。溶融スイッチの作動開始命令は、発熱体に下される電力供給命令及び移動電極の移送力発生命令を含む。

Ｓ３０段階は、溶融分離又は溶融結合の完了有無を確認する段階であって、溶融スイッチに流れる電流値が目標値に到逹したかどうかを判断し、電流が目標値に到逹した場合、次の段階に移る。（電流の目標値は、溶融スイッチを開放（溶融分離）させるときは０で、スイッチを短絡（溶融結合）させるときは、スイッチ短絡時の電流値である。）

Ｓ４０段階では、半導体スイッチのオフ命令を下す。

Ｓ５０段階では、移動電極の移送が完了したかどうかを判断し、移動電極の移送が完了すると、次の段階に移る。

移動電極の移送が完了したかどうかを判断する方法の例としては、電流が目標値に到逹した後、所定時間（例えば、３秒）が経過したとき、又は移動電極の位置検出及びモーター駆動電流で移動電極の移送が完了したと判断する。

Ｓ６０段階では、発熱体への電力供給を遮断させる命令を下す。

上記の段階を全て完了すると、溶融スイッチの動作が完了する。

図２９では、半導体スイッチのオン命令を下した後、溶融スイッチの作動開始命令を下したが、半導体スイッチの導通時間を最小化するために、溶融スイッチの作動開始命令を下した後、所定時間後に半導体スイッチのオン命令を下すこともできる。

また、電流が溶融スイッチに流れる電流値に到逹すると、溶融分離が完了したと判断し、半導体スイッチのオフ命令、発熱体の動作終了命令（発熱体への電力供給遮断命令）を同時に下すこともできる。

以上で説明した各溶融スイッチは、「スイッチに必然的に存在する２個の固定電極と移動電極との間を伝導性接合物質で溶融・結合し、導通抵抗を減少させること」を特徴としており、その溶融スイッチは多様に変形して実施可能である。

上述した各実施例において、伝導性接合物質は、固定電極及び移動電極に予めめっき又はコーティングする方式で提供した。しかし、十分な量の伝導性接合物質を提供するために、非溶融状態の伝導性接合物質を固定電極と移動電極との間にさらに置くこともできる。例えば、伝導性接合物質は、熱に弱い絶縁支持部材と結合した形態で固定電極又は移動電極に付着したり、ソルダリング触媒体（例：フラックス−金属酸化皮膜防止剤）に絶縁コーティングされて固定電極又は移動電極に付着する。

本発明の溶融スイッチには発熱体が必ず必要であるが、２個の固定電極間に流れる電流量が十分である場合、ａ接点溶融スイッチは発熱体を省略してもよい。

図３０は、図９の実施例において発熱体３２１を除去した溶融スイッチを示す。

図３０（ａ）は、溶融スイッチの動作前の状態を示し、図３０（ｂ）は、溶融スイッチの動作後の状態を示す。

スイッチ動作時にはヒューズワイヤ３５０に電流が供給され、ヒューズワイヤは溶けて切れるようになり、前記拘束された圧縮ばね３３８の弾性力が伝達リンク３３５を介して前記移動電極３２０に伝達される。

移動電極３２０が２個の固定電極３１１、３１２に接するようになり、２個の固定電極間に流れる電流量が十分であると、ジュール熱によって伝導性接合物質３２０ａを溶かすようになり、伝導性接合物質３２０ａが溶けた後は、抵抗が減少し、伝導性接合物質３２０ａが凝固されながら移動電極３２０が２個の固定電極３１１、３１２と溶融・結合される。その結果、２個の固定電極３１１、３１２は電気的に連結される。

これを再び説明すると、２個の固定電極３１１、３１２の両端に導通電流が流入させる開放電圧がかかった状態で、移動電極３２０が２個の固定電極３１１、３１２に接触する方向に移動して２個の固定電極に接触すると、移動電極３２０及び伝導性接合物質３２０ａを経由して２個の固定電極３１１、３１２間に導通電流が流れるようになり、その導通電流のジュール熱によって伝導性接合物質が溶融された後、２個の固定電極間の導通抵抗が小さくなると伝導性接合物質が凝固される。その結果、２個の固定電極３１１、３１２は電気的に連結される。

これを簡単に説明すると、前記移動電極が２個の固定電極と接触するとき、前記伝導性接合物質は、移動電極と２個の固定電極との間に流れる電流のジュール熱によって溶融・結合される。

前記各実施例において、各固定電極は全て均一な厚さを有するものとして図面に表示されているが、固定電極端子の温度上昇を最小化し、動作時間を短縮させるために、必要に応じて固定電極の接点部位及び電極端子の厚さを異ならせることによって熱容量を異ならせることができる。

図３１は、固定電極の厚さが変更された状態を示す。図３１（ａ）は、固定電極の厚さが変更された実施例１を示し、図３１（ｂ）は、固定電極の厚さが変更された実施例２を示し、図３１（ｃ）は、固定電極の厚さが変更された実施例３を示す。

図３１（ａ）では、２個の固定電極９１１、９１２が伝導性接合物質９２０ａによって移動電極９２０と結合されるが、２個の固定電極のうち移動電極９２０と接触する部分の厚さが薄く形成されている。

２個の固定電極のうち移動電極９２０と接触する部分の厚さが薄く形成されていると、熱容量が固定電極の厚い電極端子より相対的に小さく、移動電極９２０の接点部位は速く加熱され得るので、溶融結合及び溶融分離動作時間を短縮できるという長所がある。

図３１（ａ）に示すように、厚さが薄くなる部分のうちＡ部分が角ばっていると、Ａ部分に電流の流れが集中し、Ａ部分が局部的に過熱され得る。

したがって、図３１（ｂ）又は図３１（ｃ）に示すように、厚さが薄くなる部分に電流の流れが集中しない形状に角ばったコーナーがないように処理することが好ましい。

前記各実施例において、移動電極が固定電極に対して平行に直線移動をするが、他の方式で移動することもできる。

例えば、移動電極は回転移動をすることもできる。

図３２は、回転移動をする移動電極を有するｃ接点溶融スイッチの例を示す。

溶融スイッチハウジング１０７０の内部には、移動電極軸１０２５を中心に回転できる移動電極１０２０が存在する。

移動電極１０２０は、第１固定電極１０１１及び第２固定電極１０１２と接触してもよく、回転移動をした後、第３固定電極１０１３及び第４固定電極１０１４と接触してもよい。移動電極１０２０が固定電極と接触する場合は伝導性接合物質と溶融・結合する。

移動電極１０２０を回転させる移送力発生手段は多様な手段を通じて具現可能である。例えば、ねじりばね、モーターなどを用いて回転する移送力を発生させることができる。

図３２の実施例において、第３固定電極１０１３及び第４固定電極１０１４を除去すると、溶融スイッチはａ接点溶融スイッチ又はｂ接点溶融スイッチとして使用可能である。

本発明の溶融スイッチは、発熱体が自体的に備えられ、導通電流とは関係なくスイッチオン／オフ制御が可能であるが、スイッチの導通電流が流れる状態で溶融結合及び溶融分離を行うときは接点部位の接触抵抗によるジュール熱が発生する

したがって、発熱体で発生する熱と、移動電極が固定電極と接触／分離される過程で発生するジュール熱が加えられると、接点部位の温度が速く上がり、溶融結合及び溶融分離時間が短縮される。

本発明の溶融スイッチを図１〜図３のバッテリー制御装置のスイッチとして使用するとき、高いジュール熱を発生させるためには、前記接触／分離過程で接点部位の接触抵抗が大きくなければならない。その理由は、１個の溶融スイッチの抵抗値は非常に小さいので、電流の量はほぼ一定であると仮定することができ、定電流の場合、抵抗値が大きいほどジュール熱が大きくなるためである。

前記接触抵抗は、接触する電極の接触圧力が大きいほど小さくなるので、移送力発生手段によって発生する移送力を調節し、接触圧力を制御することによって接触抵抗の大きさを制御することができる。

また、接触抵抗は接触面積が大きいほど小さくなるので、接触する伝導性接合物質の表面の一部又は全部に凹凸を形成し、接触面積を減少させることによって接触抵抗を高めることができる。

図３３は、接触する伝導性接合物質の一部に凹凸を形成した状態の例を示す。

図３４は、図３３において凹凸が形成された伝導性接合物質の平面図である。

図３４において、伝導性接合物質の表面には多数の凹部が規則的な間隔で形成されている。

また、要求される溶融結合温度まで接点部位が十分に加熱されるように所定時間の間に移動電極の接触圧力（密着力）を小さくし、高いジュール熱を発生させる段階と、接触圧力を大きくし、移動電極を固定電極に密着させる段階とに分けて制御することができる。

また、溶融結合時、固定電極端子の温度上昇を最小化し、動作時間を短縮させるために、移動電極は、固定電極に接触する前に所定時間の間に予め十分に高い温度で発熱体によって予熱された状態になるべきである。

したがって、前記移動電極の接触圧力制御及び移動電極の予熱のために、移送力発生手段による移動電極の移送制御が要求される。

ここで、移送力発生手段は、図２５の実施例のように、送りねじ８５１（モーターの回転運動を直線運動に変換させる変換装置）で構成されるモーターのシャフトに移動電極を結合し、モーターの回転運動を直線運動に変化させ、モーターの回転トルクを制御することによって（両側方向の）移送力による接触圧力及び移動電極の移送位置を制御することができる。

ここで、移動電極を両方向に移送し、移動電極の移送位置を検出するために、前記モーターはステップモータに取り替えられる。

すなわち、ステップモータは、１パルス当たり１ステップ角で回転するので、移送位置検出手段を付加的に備えることなく、ステップモータの駆動パルス数で移動電極の位置を検出することができる。

発熱体が移動電極にのみ設置された場合、溶融分離時、溶融・結合された接点部位の熱抵抗が高いとき、移動電極から伝達される熱が接点部位に集中することによって加熱時間が短縮され、固定電極端子に伝達される熱が減少し、固定電極端子の温度上昇を最小化することができる。

伝導性接合物質は、固定電極（例：銅）より高い熱抵抗を有するので、接点部位の熱抵抗を高めるためには、伝導性接合物質の厚さが厚いことが好ましい。しかし、溶融結合を行うとき、移動電極の密着圧力によって伝導性接合物質の量は調節されにくい。これを解決するために、接点部位の電極表面に凹凸を形成すると、密着圧力によっても前記凹凸の空間だけ伝導性接合物質の量が維持され得るので、熱抵抗は高くなる。

図３５は、電極表面に凹凸を形成した例を示す。

図３５は、移動電極１２２０と２個の固定電極１２１１、１２１２とを伝導性接合物質１２２０ａを介して溶融・結合する溶融スイッチにおいて、移動電極１２２０の表面のうち伝導性接合物質を介して結合する表面に凹凸を形成した状態を示す。

前記各実施例において、溶融スイッチの発熱体は移動電極の内部に埋め込まれるものであったが、移動電極の接点面を除いた移動電極の外部表面及び内部に発熱体を付着させ得る。

図３６は、ｃ接点溶融スイッチにおいて移動電極の外部表面に発熱体を付着させた実施例を示す。

図３６（ａ）は、移動電極１３２０が上側の２個の固定電極１３１１、１３１２と接触した状態を示し、図３６（ｂ）は、移動電極１３２０が下側の２個の固定電極１３１３、１３１４と接触した状態を示し、図３６（ｃ）は、図３６（ａ）において発熱体１３２１が削除された状態を示す斜視図である。

図３６（ａ）に示すように、移動電極１３２０は、２個の固定電極１３１１、１３１２が離隔する境界部位で分岐線路を有し、前記分岐線路１３２０ｂに発熱体１３２１が設置される。前記分岐線路は熱伝逹分岐部と称することもできる。

すなわち、２個の固定電極と接触する移動電極１３２０の接点（接触）面を除いた分岐線路１３２０ｂに絶縁された熱線で構成される発熱体１３２１が、図３６に示すように付着する。

前記移動電極の分岐線路に発熱体が設置されると、接点面に対する熱伝逹経路が左右対称である構造を有し、固定電極に均等に熱を伝逹し、固定電極端子の温度上昇を最小化させる。

前記移動電極の分岐線路は、要求される発熱体のサイズ及び溶融スイッチのハウジング形状に応じて多様な形状に具現可能である。

図３７は、分岐線路の表面積を増加させるために、図３６の分岐線路の形状を変形した実施例を示す。

図３７（ａ）は、分岐線路１３２０ｂを有する移動電極１３２０の実施例を示す斜視図である。

図３７（ｂ）は、前記移動電極１３２０の分岐線路１３２０ｂに発熱体１３２１の絶縁された熱線が移動電極の移送方向に付着していることを示す平面図である。

図３７（ｃ）は、分岐線路を有する移動電極の他の実施例を示す斜視図である。

図３７（ｄ）は、前記移動電極の分岐線路に発熱体の絶縁された熱線が移動電極の移送方向に対して垂直に付着していることを示す平面図である。

前記分岐線路を含む移動電極は、均一な厚さを有する銅板材（ｃｏｐｐｅｒ ｓｈｅｅｔ／ｐｌａｔｅ）を用いて容易に製作することができる。

図３８は、発熱体の熱線が付着する移動電極の非接点表面（ｎｏｎ−ｃｏｎｔａｃｔ ｓｕｒｆａｃｅ）を増加させるための移動電極の分岐線路の形状の更に他の実施例を示す。

発熱量による要求される熱線の長さが長いか、又は発熱体の体積が大きい場合は、これに対応する移動電極の非接点表面も十分に大きくなければならない。

図３８に示すように、２個の固定電極１４１１、１４１２が分離される境界部位で、移動電極１４２０は、離隔空間を直線で連結する直線経路及び迂回連結する迂回経路を有する（三角形の）閉ループ１４２０ｄの形状を有する。

図３８（ａ）は、移動電極１４２０が三角形の閉ループ１４２０ｄを有するｂ接点溶融スイッチの実施例を示す。

図３８（ｂ）は、移動電極１４２０が三角形の閉ループ１４２０ｄを有するａ接点溶融スイッチを示し、移動電極１４２０は、固定電極１４１１、１４１２及び絶縁支持部材１４２０ｃによって絶縁される。ここで、前記絶縁支持部材１４２０ｃの代わりに、図９の実施例のように、ヒューズワイヤ３５０を用いてａ接点溶融スイッチを構成可能であることは当然である。

前記閉ループ形状は、前記非接点表面を十分に提供すると同時に、移動電極の電気抵抗を最小化する機能を提供することができる。

前記閉ループは、三角形、円形、矩形などの多様な形状を有することができる。

前記閉ループに発熱体が設置されると、接点部位に対する熱伝逹経路が左右対称である構造を有し、固定電極の接点部位に均等に熱を伝逹し、固定電極端子の温度上昇を最小化させる。

前記閉ループ形状を有する移動電極は、均一な厚さを有する銅棒で容易に加工できるという長所を有する。

また、閉ループの直線経路は、前記銅棒の接合面の溶接（アーク、プラズマ、レーザー、電気抵抗など）又はボルトナット締結によって達成することができる。

前記実施例では、固定電極が互いに向かい合う位置にあったが、互いに平行に位置することもできる。

図３９は、発熱体の絶縁された熱線が、多数の穴１５２１ａが形成されている移動電極１５２０の内部に埋め込まれ、固定電極１５１１、１５１２、１５１３、１５１４が平行に位置するｃ接点溶融スイッチの実施例を示す。

図４０は、移動電極１６２０が分岐線路１６２０ｂを有する形状を示し、発熱体の絶縁された熱線１６２１が分岐線路１６２０ｂに位置する場合の実施例を示す。

図４０（ａ）は実施例の斜視図で、図４０（ｂ）は、移動電極１６２０が固定電極１６１１に接触するときを示す断面図で、図４０（ｃ）は、移動電極１６２０が固定電極１６１３に接触するときを示す断面図である。

前記移送力発生手段１６４０は、溶融スイッチのハウジングの形状に応じて多様な位置にあり得ることは当然である。

したがって、本発明の溶融スイッチは、固定電極及び移動電極の形状及び位置とは関係なく、移動電極と２個の固定電極との接点部位が互いに接触及び分離できるように移送力発生手段が構成されたときに動作することを特徴とする。

本発明の分岐線路（閉ループを含む）の実施例において、発熱体は、前記移動電極の分岐線路（閉ループを含む）の表面にのみ付着したが、同時に内部にも埋め込むことによって発熱効率を極大化させることができる。

図４１は、導体の表面及び内部に熱線を同時に装着する実施例を示す。

図４１（ａ）において、分岐線路１７２０ｂ、１７２０ｄの導体に発熱体の熱線１７２１が埋め込まれる多数の穴１７２１ａが形成され、前記穴１７２１ａに、図４１（ｂ）に示すように番号順に熱線を交互に入れると（黒色及び白色は、方向が反対であることを表示する。例えば、黒色が入る方向であると、白色は出る方向である）、分岐線路の導体表面及び内部に熱線１７２１を均一に装着することができる。

したがって、単位面積当たりに熱線が導体に接触する表面積の増加によって発熱効率を極大化させることができる。

本発明の溶融スイッチは、移動電極の内部、移動電極の分岐線路及び閉ループに発熱体が位置すると、熱伝逹経路が２個の固定電極の接点部位のそれぞれに対称となり、それぞれの接点部位への均等な熱伝逹が可能である。

また、発熱体から、移動電極、固定電極の接点部位、固定電極の電極端子の順に熱が伝達される経路が形成され、接点部位に対比した固定電極の電極端子の温度上昇を最小化できるという長所がある。

また、本発明において、溶融結合時に固定電極端子の温度上昇を最小化するために、移動電極は、固定電極に接触する前に発熱体によって予め十分に高い温度で予熱することができる。

本発明の溶融スイッチは、電気自動車のバッテリー制御装置やエネルギー貯蔵装置（ＥＳＳ）などにも使用可能であるが、その他にも、大電力スイッチを含む多様な分野に応用可能である。すなわち、本発明の溶融スイッチは、大容量の電流を制御するスイッチを含む装置が必要であればいずれの分野にも応用可能である。

Claims (36)

1. 多数の基本バッテリーセルと１個以上の取り替え用バッテリーセルとを直列に連結したバッテリーの制御装置において、
   前記それぞれの基本バッテリーセルに直列に連結される第１型スイッチ；
   前記第１型スイッチが直列に連結された経路に並列に連結される第２型スイッチ；
   前記それぞれの取り替え用バッテリーセルに直列に連結される第２型スイッチ；
   前記第２型スイッチが直列に連結された経路に並列に連結される第１型スイッチ；
   それぞれのバッテリーセルの状態を測定するセンシング部；及び
   前記各スイッチの動作を制御する制御部；を含み、
   前記第１型スイッチは、最初短絡状態から開放状態に転移される動作を行えるスイッチで、
   前記第２型スイッチは、最初開放状態から短絡状態に転移される動作を行えるスイッチで、
   前記制御部は、センシング部の入力から基本バッテリーのうち故障したバッテリーセルを感知すると、故障したバッテリーセルに連結された第１型スイッチ及び第２型スイッチを作動させ、障したバッテリーセルの連結を電気流れ線路から排除し、取り替え用バッテリーセルに連結された第１型スイッチ及び第２型スイッチを作動させ、取り替え用バッテリーセルが電気流れ線路に含まれるように制御することを特徴とするバッテリー制御装置。
2. 多数の基本バッテリーセルと１個以上の取り替え用バッテリーセルとを直列に連結したバッテリーモジュールが並列に連結されたバッテリーのバッテリー制御装置において、
   前記それぞれの基本バッテリーセルに直列に連結される第１型スイッチ；
   前記第１型スイッチが直列に連結された経路に並列に連結される第２型スイッチ；
   前記それぞれの取り替え用バッテリーセルに直列に連結される第２型スイッチ；
   前記第２型スイッチが直列に連結された経路に並列に連結される第１型スイッチ；
   前記それぞれのバッテリーモジュールに直列に連結されたモジュールスイッチ；
   それぞれのバッテリーセルの状態を測定するセンシング部；及び
   前記各スイッチの動作を制御する制御部；を含み、
   前記第１型スイッチは、最初短絡状態から開放状態に転移される動作を行えるスイッチで、
   前記第２型スイッチは、最初開放状態から短絡状態に転移される動作を行えるスイッチで、
   前記制御部は、センシング部の入力から基本バッテリーのうち故障したバッテリーセルを感知すると、故障したバッテリーセルに連結された第１型スイッチ及び第２型スイッチを作動させ、故障した基本バッテリーセルの連結を電気流れ線路から排除し、故障したバッテリーセルがあるバッテリーモジュールから選ばれた取り替え用バッテリーセルに連結された第１型スイッチ及び第２型スイッチを作動させ、取り替え用バッテリーセルが電気流れ線路に含まれるように制御し、該当のバッテリーモジュールで前記取り替えのためのスイッチ制御が開始される前に該当のバッテリーモジュールのモジュールスイッチを開放してから、前記取り替えのためのスイッチ制御の終了後に該当のバッテリーモジュールのモジュールスイッチを短絡させるように制御することを特徴とするバッテリー制御装置。
3. 多数の基本バッテリーセルと１個以上の取り替え用バッテリーセルとを直列に連結したバッテリーモジュールのバッテリー制御装置の制御方法において、
   バッテリー制御装置の制御部がセンシング部の入力から基本バッテリーのうち故障したバッテリーセルを感知する段階；
   バッテリー制御装置の制御部が故障したバッテリーセルに連結された第１型スイッチ及び第２型スイッチを作動させ、故障した基本バッテリーセルの連結を電気流れ線路から排除する段階；及び
   バッテリー制御装置の制御部が取り替え用バッテリーセルに連結された第１型スイッチ及び第２型スイッチを作動させ、取り替え用バッテリーセルを電気流れ線路に含ませる段階；を含み、
   前記バッテリー制御装置は、
   前記それぞれの基本バッテリーセルに直列に連結される第１型スイッチ；
   前記第１型スイッチが直列に連結された経路に並列に連結される第２型スイッチ；
   前記それぞれの取り替え用バッテリーセルに直列に連結される第２型スイッチ；
   前記第２型スイッチが直列に連結された経路に並列に連結される第１型スイッチ；
   それぞれのバッテリーセルの状態を測定するセンシング部；及び
   前記各スイッチの動作を制御する制御部；を含み、
   前記第１型スイッチは、最初短絡状態から開放状態に転移される動作を行えるスイッチで、
   前記第２型スイッチは、最初開放状態から短絡状態に転移される動作を行えるスイッチであることを特徴とする制御方法。
4. 多数の基本バッテリーセルと１個以上の取り替え用バッテリーセルとを直列に連結したバッテリーモジュールが並列に連結されたバッテリーのバッテリー制御装置の制御方法において、
   バッテリー制御装置の制御部がセンシング部の入力から基本バッテリーのうち故障したバッテリーセルを感知する段階；
   バッテリー制御装置の制御部が、故障したバッテリーセルが含まれたバッテリーモジュールのモジュールスイッチを開放させる段階；
   バッテリー制御装置の制御部が故障したバッテリーに連結された第１型スイッチ及び第２型スイッチを作動させ、故障した基本バッテリーの連結を電気流れ線路から排除する段階；
   バッテリー制御装置の制御部が取り替え用バッテリーに連結された第１型スイッチ及び第２型スイッチを作動させ、取り替え用バッテリーを電気流れ線路に含ませる段階；及び
   バッテリー制御装置の制御部が、故障したバッテリーセルが含まれたバッテリーモジュールのモジュールスイッチを短絡させる段階；を含み、
   前記バッテリー制御装置は、
   前記それぞれの基本バッテリーセルに直列に連結される第１型スイッチ；
   前記第１型スイッチが直列に連結された経路に並列に連結される第２型スイッチ；
   前記それぞれの取り替え用バッテリーセルに直列に連結される第２型スイッチ；
   前記第２型スイッチが直列に連結された経路に並列に連結される第１型スイッチ；
   前記それぞれのバッテリーモジュールに直列に連結されたモジュールスイッチ；
   それぞれのバッテリーセルの状態を測定するセンシング部；及び
   前記各スイッチの動作を制御する制御部；を含み、
   前記第１型スイッチは、最初短絡状態から開放状態に転移される動作を行えるスイッチで、
   前記第２型スイッチは、最初開放状態から短絡状態に転移される動作を行えるスイッチであることを特徴とする制御方法。
5. 分離されている２個の固定電極；
   前記固定電極と接触又は分離される方向に移動できる移動電極；
   前記２個の固定電極と移動電極との間に位置する伝導性接合物質；及び
   発熱体；を含み、
   前記伝導性接合物質の融点は、前記固定電極の融点及び前記移動電極の融点より低く、
   前記移動電極が２個の固定電極と接触すると、２個の固定電極が電気的に連結され、前記移動電極が２個の固定電極と分離されると、２個の固定電極が電気的に分離され、
   前記移動電極が２個の固定電極と接触するとき、前記移動電極は、２個の固定電極と伝導性接合物質によって溶融・結合され、
   前記発熱体を通じて加熱が行われと、前記伝導性接合物質が溶融されることを特徴とする溶融スイッチ。
6. 分離されている２個の固定電極；
   ２個の固定電極に接触する方向に移動できる移動電極；
   前記２個の固定電極と移動電極との間に位置する伝導性接合物質；及び
   発熱体；を含み、
   前記伝導性接合物質の融点は、前記固定電極の融点及び前記移動電極の融点より低く、
   前記発熱体の加熱によって前記伝導性接合物質が溶けるようになり、前記移動電極と前記２個の固定電極との間に位置する伝導性接合物質が発熱体の熱によって溶融された後で凝固されると、前記移動電極は２個の固定電極と溶融・結合され、前記２個の固定電極が電気的に連結されることを特徴とする溶融スイッチ。
7. 分離されている２個の固定電極；
   ２個の固定電極から分離される方向に移動できる移動電極；
   前記２個の固定電極と移動電極との間に位置しながら、前記２個の固定電極と移動電極とを溶融・結合させている伝導性接合物質；及び
   発熱体；を含み、
   前記伝導性接合物質の融点は、前記固定電極の融点及び前記移動電極の融点より低く、
   前記発熱体の加熱によって前記伝導性接合物質が溶けるようになり、前記移動電極と前記２個との固定電極との間に位置する伝導性接合物質が発熱体の熱によって溶融された後、前記移動電極が２個の固定電極から分離される方向に移動すると、前記２個の固定電極が電気的に分離されることを特徴とする溶融スイッチ。
8. 分離されている第１固定電極及び第２固定電極；
   分離されている第３固定電極及び第４固定電極；
   １個の移動電極；
   前記固定電極と移動電極との間に位置する伝導性接合物質；及び
   発熱体；を含み、
   前記伝導性接合物質の融点は、前記固定電極の融点及び前記移動電極の融点より低く、
   前記移動電極が第１固定電極及び第２固定電極と接触すると、第１固定電極と第２固定電極とが電気的に連結されると同時に、第３固定電極と第４固定電極とは電気的に分離され、
   前記移動電極が第３固定電極及び第４固定電極と接触すると、第１固定電極と第２固定電極とが電気的に分離されると同時に、第３固定電極と第４固定電極とは電気的に連結され、
   前記移動電極が２個の固定電極と接触するとき、前記移動電極は、２個の固定電極と伝導性接合物質によって溶融・結合され、
   前記移動電極が２個の固定電極と分離されるとき、前記移動電極は２個の固定電極と伝導性接合物質によって溶融・分離され、
   前記発熱体を通じて加熱が行われると、前記伝導性接合物質が溶融されることを特徴とする溶融スイッチ。
9. 分離されている２個の固定電極；
   ２個の固定電極に接触する方向に移動できる移動電極；及び
   前記２個の固定電極と移動電極との間に位置する伝導性接合物質；を含み、
   前記伝導性接合物質の融点は、前記固定電極の融点及び前記移動電極の融点より低く、
   前記移動電極が２個の固定電極と接触すると、２個の固定電極が電気的に連結され、前記移動電極が２個の固定電極と分離されると、２個の固定電極が電気的に分離され、
   ２個の固定電極の両端に導通電流を流入させる開放電圧がかかった状態で、前記移動電極が２個の固定電極に接触する方向に移動して２個の固定電極に接触すると、移動電極及び伝導性接合物質を経由して２個の固定電極間に導通電流が流れるようになり、その導通電流のジュール熱によって伝導性接合物質が溶融された後、２個の固定電極間の導通抵抗が小さくなると伝導性接合物質が凝固されることを特徴とする溶融スイッチ。
10. 前記発熱体は、発熱効率の極大化のために前記移動電極の内部に形成され、前記移動電極には少なくとも１個以上の穴が形成され、前記穴に絶縁された発熱体が挿入されることを特徴とする、請求項５から８のいずれか１項に記載の溶融スイッチ。
11. 前記発熱体は、移動電極の表面のうち前記２個の固定電極と接触する接触面を除いた移動電極の表面に付着することを特徴とする、請求項５から８のいずれか１項に記載の溶融スイッチ。
12. 前記移動電極は１個以上の分岐線路を有し、前記分岐線路に発熱体が設置されることを特徴とする、請求項５から８のいずれか１項に記載の溶融スイッチ。
13. 前記分岐線路は、移動電極と２個の固定電極との接触部位での熱伝逹を対称にする位置で、移動電極から分岐されることを特徴とする、請求項１２に記載の溶融スイッチ。
14. 前記分岐線路は２個以上で、前記分岐線路の端が連結されることによって閉ループを形成することを特徴とする、請求項１２に記載の溶融スイッチ。
15. 前記分岐線路の表面及び内部に発熱体が設置されたことを特徴とする、請求項１２に記載の溶融スイッチ。
16. 前記発熱体の設置位置は、熱伝逹経路を発熱体、移動電極、固定電極の接点部位、及び固定電極の電極端子の順にする位置であることを特徴とする、請求項５から８のいずれか１項に記載の溶融スイッチ。
17. 前記移動電極の位置を動かせる力を発生させる移送力発生手段をさらに含むことを特徴とする、請求項５から９のいずれか１項に記載の溶融スイッチ。
18. 前記移送力発生手段は、前記移動電極が２個の固定電極と接触するときに発生する接触圧力を制御できることを特徴とする、請求項１７に記載の溶融スイッチ。
19. 前記移動電極及び固定電極の表面のうち伝導性接合物質を介して溶融・結合する表面には凹凸が形成されていることを特徴とする、請求項５から８のいずれか１項に記載の溶融スイッチ。
20. 前記伝導性接合物質の表面のうち一部又は全部には凹凸が形成されたことを特徴とする、請求項５から６、及び８から９のいずれか１項に記載の溶融スイッチ。
21. 前記発熱体には、発熱体の外部に位置する電力供給部によって電力供給及び電力遮断機能が提供されることを特徴とする、請求項５から８のいずれか１項に記載の溶融スイッチ。
22. 前記移送力発生手段は伝達リンクを介して移動電極と連結され、前記伝達リンクは、二つの固定電極間を横切って移動する平板状の仕切り絶縁体で形成され、二つの固定電極間の短絡を防止することを特徴とする、請求項１７に記載の溶融スイッチ。
23. 前記移動電極が特定方向に移動できないように支持する移送抑制手段を含むことを特徴とする、請求項１７に記載の溶融スイッチ。
24. 前記移動電極が特定方向に移動できないように支持する支持部材をさらに含み、
    前記支持部材は、２個の固定電極及び移動電極の融点より低い温度で溶けることを特徴とする、請求項１７に記載の溶融スイッチ。
25. 前記移送力発生手段は、移動電極に加えられる移送力を遮断するためにヒューズワイヤで拘束され、
    前記ヒューズワイヤが電流供給によって溶けて切れると、移送力発生手段の移送力が移動電極に加えられることを特徴とする、請求項１７に記載の溶融スイッチ。
26. 伝導性接合物質を介して結合する固定電極又は移動電極には、接触部位の枠に沿って溝が形成されたことを特徴とする、請求項５から９のいずれか１項に記載の溶融スイッチ。
27. 伝導性接合物質を介して結合する固定電極及び移動電極のうち下側に位置する電極（重力の作用方向側に位置する電極）には凹部が形成され、前記凹部に前記伝導性接合物質が位置することを特徴とする、請求項５から９のいずれか１項に記載の溶融スイッチ。
28. 前記２個の固定電極の両端に並列に半導体スイッチを連結し、溶融分離又は溶融結合時に導通電流の経路を提供し、前記固定電極の両端のアーク発生を抑制することを特徴とする、請求項５から９のいずれか１項に記載の溶融スイッチ。
29. 前記半導体スイッチの導通時間を最小化するために、溶融スイッチに流れる電流を測定する電流検出手段を含むことを特徴とする、請求項２８に記載の溶融スイッチ。
30. 第１固定電極；
    第２固定電極；
    移動電極；
    前記第１固定電極及び前記第２固定電極と前記移動電極との間に位置する伝導性接合物質；
    発熱体；
    移動電極を第１固定電極に移動させる力を発生させる移送力発生手段；及び
    移動電極が第１固定電極に移動できないようにする移送抑制手段；を含み、
    前記発熱体の発熱前には移動電極が第２固定電極と電気的に連結されていてから、前記発熱体の発熱後には前記伝導性接合物質が溶けるようなり、前記移送抑制手段が移動電極の移動を許容し、前記移動電極が第１固定電極と伝導性接合物質を介して溶融・結合されて電気的に連結されることを特徴とする溶融スイッチ。
31. 固定電極のうち移動電極と接触する部分の厚さが、移動電極と接触しない部分より薄く形成されることを特徴とする、請求項５から９、及び３０のいずれか１項に記載の溶融スイッチ。
32. 請求項５から９、及び３０のうちいずれか一つの溶融スイッチを含むバッテリー制御装置。
33. 溶融スイッチ、及び溶融スイッチに並列に連結された半導体スイッチを用いて、溶融スイッチの作動時に溶融スイッチのアークを防止する方法において、
    半導体スイッチのオン命令を下す第１段階；
    溶融スイッチの作動命令を下す第２段階；及び
    半導体スイッチのオフ命令を下す第３段階；を含むことを特徴とする溶融スイッチのアークを防止する方法。
34. 発熱体及び移送力発生手段を含む溶融スイッチ、及び溶融スイッチに並列に連結された半導体スイッチを用いて、溶融スイッチの作動時に溶融スイッチのアークを防止する方法において、
    半導体スイッチのオン命令、発熱体の作動開始命令、及び移動電極の移送力発生命令を下す第１段階；
    溶融分離完了を確認する第２段階；及び
    半導体スイッチのオフ命令、及び発熱体の動作終了命令を下す第３段階；を含むことを特徴とする溶融スイッチのアークを防止する方法。
35. 第２段階の溶融分離完了は、溶融スイッチの電流を測定する電流検出手段によって溶融スイッチに流れる電流値を測定して確認することを特徴とする、請求項３４に記載の溶融スイッチのアークを防止する方法。
36. 前記溶融スイッチが溶融結合を行う前に前記移動電極を予熱するために、前記発熱体に所定時間の間に電力を供給した後、前記移動電極を移動させることを特徴とする、請求項５、６及び８のいずれか１項に記載の溶融スイッチ。