JP2989313B2 - Battery device having protection element - Google Patents

Battery device having protection element

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JP2989313B2
JP2989313B2 JP3125307A JP12530791A JP2989313B2 JP 2989313 B2 JP2989313 B2 JP 2989313B2 JP 3125307 A JP3125307 A JP 3125307A JP 12530791 A JP12530791 A JP 12530791A JP 2989313 B2 JP2989313 B2 JP 2989313B2
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ptc
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    • H01H—ELECTRIC SWITCHES; RELAYS; SELECTORS; EMERGENCY PROTECTIVE DEVICES
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    • H01H85/02—Details
    • H01H85/04—Fuses, i.e. expendable parts of the protective device, e.g. cartridges
    • H01H85/041—Fuses, i.e. expendable parts of the protective device, e.g. cartridges characterised by the type
    • H01H85/048—Fuse resistors
    • H01H2085/0483—Fuse resistors with temperature dependent resistor, e.g. thermistor
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
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    • Y02E60/10—Energy storage using batteries

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  • Fuses (AREA)
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  • Connection Of Batteries Or Terminals (AREA)

Description

【発明の詳細な説明】DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION

【０００１】[0001]

【産業上の利用分野】この発明は、保護素子を備えた電
池装置に関し、とくに、電池と直列に保護素子が接続さ
れて、外部短絡時の信頼性を向上することができる電池
装置に関する。BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a battery device having a protection element, and more particularly, to a battery device in which a protection element is connected in series with a battery to improve reliability when an external short circuit occurs.

【０００２】[0002]

【従来の技術】電池を外部短絡させると過大な短絡電流
が流れる。短絡電流は、内部抵抗によってジュール熱を
発生し、電池を高温に加熱する。短絡電流は電池の内部
抵抗が小さくなると大きくなる。近年開発された高率放
電が可能なリチウム電池は、高出力が故に、外部短絡す
ると大電流が流れて電池が高温になる。電池の温度上昇
は、電池の種類によって著しい弊害となる。例えば、リ
チウム電池は内容物のリチウム金属、有機電解液が可燃
性であるために、発熱して発火することがある。また、
リチウム電池以外の電池も、温度上昇は電池性能に悪影
響を与える。このため、電池の温度上昇は可能なかぎり
低く抑制することが大切である。2. Description of the Related Art When a battery is externally short-circuited, an excessive short-circuit current flows. The short-circuit current generates Joule heat due to the internal resistance and heats the battery to a high temperature. The short-circuit current increases as the internal resistance of the battery decreases. A recently developed lithium battery capable of high-rate discharge has a high output, so when an external short circuit occurs, a large current flows and the battery becomes hot. A rise in battery temperature has a significant adverse effect depending on the type of battery. For example, a lithium battery may generate heat and ignite because the lithium metal and organic electrolyte contained therein are flammable. Also,
For batteries other than lithium batteries, the rise in temperature also adversely affects battery performance. For this reason, it is important to suppress the temperature rise of the battery as low as possible.

【０００３】さらに、電池の短絡電流は、電池内部のガ
ス圧を急激に上昇させる。このため、安全確保のため取
り付けてある安全弁が作動する。安全弁が開くと、電解
液が噴出し、使用機器を傷付けることがある。Further, the short-circuit current of the battery causes the gas pressure inside the battery to rise rapidly. For this reason, the safety valve attached for ensuring safety operates. If the safety valve is opened, the electrolyte may squirt out, damaging the equipment used.

【０００４】この弊害を防止するために、電池と直列に
保護素子を接続している。保護素子としてＰＴＣ素子を
使用した電池パックが開発されている（実開昭６２−１
５３７６８号公報）。この電池パックは、外部短絡が起
こった際、ＰＴＣ素子の抵抗が高くなって短絡電流を減
少させる。このため、電池が高温になるのを防止でき、
また、内部圧力が上昇して安全弁が作動するのを防止す
ることができる。In order to prevent this problem, a protection element is connected in series with the battery. A battery pack using a PTC element as a protection element has been developed.
No. 53768). In this battery pack, when an external short circuit occurs, the resistance of the PTC element increases and the short circuit current decreases. This prevents the battery from becoming hot,
Further, it is possible to prevent the safety valve from operating due to an increase in internal pressure.

【０００５】[0005]

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、ＰＴＣ
素子は復帰式の素子であるため、外部短絡して素子の温
度が高い間は、素子抵抗が高く電流を抑制することがで
きるが、素子の温度が低くなると抵抗が小さくなる特性
がある。このため、未使用の電池と、使用途中の電池と
を直列に組み合わせて外部短絡させた場合、短絡初期で
は大電流が流れるためＰＴＣ素子は作動して、電流を抑
制することができる。ところが、ＰＴＣ素子の温度が低
くなると再び電流が増加する。このような状態になる
と、使用途中の電池の容量がほとんど消費されている
と、その内部抵抗は高くなっており、ＰＴＣ素子が復帰
し電流が流れても、再びＰＴＣ素子が作動しないことが
ある。この様な状態では、容量が消費された電池は、ま
だ容量が残っている電池が流す電流（ＰＴＣが復帰して
流れる電流）によって強制的に放電され、この容量が消
費された電池の電圧が、０Ｖ以下になっても放電され続
ける。このように放電電圧が０Ｖ以下で放電されると、
この電池内では正常な放電反応が起きず、電解液の分解
が生じて電池の内圧が上昇し、安全弁が作動し、未分解
の電解液が噴出して使用機器を傷つけることがある。SUMMARY OF THE INVENTION However, PTC
Since the element is a reset type element, the element resistance is high and the current can be suppressed while the temperature of the element is high due to an external short circuit, but the resistance is low when the temperature of the element is low. For this reason, when an unused battery and a battery in use are combined in series and externally short-circuited, a large current flows in the initial stage of short-circuiting, so that the PTC element operates and the current can be suppressed. However, when the temperature of the PTC element decreases, the current increases again. In such a state, when the capacity of the battery in use is almost consumed, the internal resistance is high, and even if the PTC element returns and current flows, the PTC element may not operate again. . In such a state, the battery whose capacity has been consumed is forcibly discharged by the current flowing through the battery having the remaining capacity (current flowing after the PTC returns), and the voltage of the battery whose capacity has been consumed is reduced. , 0 V or less. When the discharge is performed at a discharge voltage of 0 V or less,
In this battery, a normal discharge reaction does not occur, the electrolyte is decomposed, the internal pressure of the battery rises, the safety valve is activated, and the undecomposed electrolyte is ejected, which may damage the equipment used.

【０００６】この欠点を解決するには、一度外部短絡し
た電池を使用できないようにすればよい。このことを実
現する電池装置は、例えば、実開昭５５−１４９２６３
号公報に記載されている。この電池装置は、温度ヒュー
ズや電流ヒューズ等の非復帰式の保護素子を、電池と直
列に接続している。In order to solve this drawback, it is only necessary to make it impossible to use a battery once short-circuited externally. A battery device that achieves this is described in, for example, Japanese Utility Model Laid-Open No. 55-149263.
No., published in Japanese Patent Application Publication No. In this battery device, a non-recoverable protection element such as a thermal fuse or a current fuse is connected in series with the battery.

【０００７】しかし、温度ヒューズは、電池の熱で溶断
されるので、正常に動作させるために、感温部を電池に
接触させる必要がある。電池に振動や衝撃が加わり、感
温部が電池から離れると、温度ヒューズは正常に作動し
なくなり、信頼性に欠ける欠点がある。However, since the thermal fuse is blown by the heat of the battery, it is necessary to bring the temperature sensing portion into contact with the battery in order to operate normally. When vibration or shock is applied to the battery and the temperature sensing part is separated from the battery, the thermal fuse does not operate normally and has a disadvantage of lacking reliability.

【０００８】一方、電流ヒューズは、電気的に電池に直
列に接続される限り、電池と接触させる必要はない。電
流ヒューズは、電池の規定電流以上の電流で溶断する特
性に調整する。電池の規定電流とは、これ以上の電流を
流すと電池が高温になり、弁作動を起こす最低電流であ
る。On the other hand, the current fuse need not be in contact with the battery as long as it is electrically connected in series with the battery. The current fuse is adjusted to have such a characteristic that it blows at a current higher than a specified current of the battery. The specified current of the battery is the minimum current at which the battery becomes hot when a current higher than that flows and the valve operates.

【０００９】電流ヒューズを保護素子に使用した電池パ
ックは、未使用の電池と使用途中の電池を直列に組み合
わせて短絡させると、短絡初期に電流ヒューズが溶断す
る。溶断した電池は復帰することがないので、ＰＴＣ素
子のように、使用途中の電池の容量が完全に消費された
後も、強制的に放電される弊害がない。In a battery pack using a current fuse as a protection element, when an unused battery and a battery in use are combined in series and short-circuited , the current fuse is blown at the beginning of the short circuit. Since the blown battery does not return, there is no adverse effect that the battery is forcibly discharged even after the battery in use is completely consumed, unlike the PTC element.

【００１０】しかしながら、保護素子に電流ヒューズを
使用した電池装置は、全ての使用状態において正常に動
作できない。例えば、カメラ用のストロボ電源のよう
に、短時間に大電流が流れる用途に使用できない。それ
は、ストロボに使用される電池は、弁作動を起こす最低
電流（その電流が２〜３分流れ続けると弁作動する最低
電流の意）の１．５〜４倍ものラッシュ電流が数秒間流
れるので、この時に電流ヒューズが溶断するからであ
る。このため、電流ヒューズを使用した電池装置は、ス
トロボを発光できない。[0010] However, a battery device using a current fuse as a protection element cannot operate normally in all use states. For example, it cannot be used for an application in which a large current flows in a short time, such as a strobe power supply for a camera. Because the battery used for the strobe has a rush current of 1.5 to 4 times the minimum current that triggers the valve operation (meaning the minimum current that the valve operates when the current continues to flow for a few minutes) for several seconds, At this time, the current fuse is blown. Therefore, a battery device using a current fuse cannot emit a strobe light.

【００１１】本発明は、これ等の欠点を解決することを
目的に開発されたものである。この発明の重要な目的
は、ＰＴＣ素子の抵抗が増大しない状態では保護素子が
遮断されず、ストロボ電源のように短時間に大電流が流
れる用途に利用でき、また、ＰＴＣ素子がトリップする
電流では電流を遮断して、その後にＰＴＣ素子が復帰し
ても電流を遮断できる保護素子を備えた電池装置を提供
するにある。The present invention has been developed to solve these disadvantages. An important object of the present invention is that the protection element is not interrupted in a state where the resistance of the PTC element does not increase, and can be used for an application such as a strobe power supply in which a large current flows in a short time. An object of the present invention is to provide a battery device provided with a protection element capable of interrupting the current and interrupting the current even if the PTC element returns thereafter.

【００１２】[0012]

【課題を解決するための手段】本発明の電池装置は、前
述の目的を達成するために下記の構成を備えている。こ
の発明の電池装置は、電池１に保護素子２を直例に接続
している。さらに、この発明の電池装置は、下記の
（ａ）ないし（ｃ）の構成を有することを特徴とする。The battery device of the present invention has the following configuration to achieve the above object. In the battery device of the present invention, the protection element 2 is directly connected to the battery 1. Further, the battery device of the present invention is characterized by having the following configurations (a) to (c).

【００１３】（ａ） 前記保護素子２は、ＰＴＣ素子３
と、ＰＴＣ素子３がトリップした際に発生する熱で溶融
する低融点金属４とを備えている。 （ｂ） ＰＴＣ素子３と低融点金属４とは熱的に接触さ
れており、ＰＴＣ素子３の発熱で低融点金属４が溶融さ
れる。 （ｃ） ＰＴＣ素子３と低融点金属４とは電気的に直列
に接続されており、低融点金属４が溶断されると、電池
１の電流を遮断する。(A) The protection element 2 is a PTC element 3
And a low-melting metal 4 that is melted by heat generated when the PTC element 3 trips. (B) The PTC element 3 and the low melting point metal 4 are in thermal contact with each other, and the heat generated by the PTC element 3 causes the low melting point metal 4 to melt. (C) The PTC element 3 and the low-melting metal 4 are electrically connected in series, and when the low-melting metal 4 is blown, the current of the battery 1 is cut off.

【００１４】ところで、この明細書において「ＰＴＣ素
子」とは、電流が増加すると抵抗が増大する全ての素子
を含む広い意味に使用するものとする。By the way, in this specification, the term "PTC element" is used in a broad sense including all elements whose resistance increases as the current increases.

【００１５】[0015]

【作用】導電性粉末をバインダーで結合したＰＴＣ素子
３は、過大電流が流れて素子がトリップすると、素子の
抵抗が著しく増大する。ＰＴＣ素子３の通常電流におけ
る抵抗は、１０-2Ωのオーダーであるが、過大電流によ
ってトリップすると、１０4Ωのレベルに増加する。こ
の際、素子の温度はジュール熱で急上昇する。温度は、
１００℃以上となることもある。また、ＰＴＣ素子３の
特徴のひとつに、電流ヒューズに比べて、応答時間が遅
く、瞬間に流れるラッシュ電流ではトリップし難い特性
がある。In the PTC element 3 in which the conductive powder is bound by the binder, when an excessive current flows and the element is tripped, the resistance of the element increases remarkably. The resistance of the PTC element 3 at normal current is on the order of 10 -2 Ω, but increases to a level of 10 4 Ω when tripped due to excessive current. At this time, the temperature of the element rapidly rises due to Joule heat. The temperature is
It may be 100 ° C or higher. One of the features of the PTC element 3 is that the response time is slower than that of the current fuse, and the PTC element 3 is hardly tripped by an instantaneous rush current.

【００１６】本発明の電池装置は、ＰＴＣ素子３のふた
つの優れた特徴を有効に利用して、電池装置の信頼性を
改善している。ＰＴＣ素子３は、電流が増加すると素子
温度が上昇し、ラッシュ電流では作動し難い特徴があ
る。この特徴を利用するために、ＰＴＣ素子３に低融点
金属４を熱的に接触し、ＰＴＣ素子３と低融点金属４と
を直列に接続している。この構造の保護素子２は、過大
電流によってＰＴＣが作動した後、電流が減少して復帰
しても、再び電流が流れず、また、ラッシュ電流では作
動しない特性を実現する。The battery device of the present invention effectively utilizes the two excellent features of the PTC element 3 to improve the reliability of the battery device. The PTC element 3 is characterized in that the element temperature rises as the current increases, and it is difficult to operate with a rush current. In order to utilize this feature, the low melting point metal 4 is brought into thermal contact with the PTC element 3, and the PTC element 3 and the low melting point metal 4 are connected in series. The protection element 2 having this structure realizes a characteristic that, even if the current decreases and then returns after the PTC is activated due to an excessive current, the current does not flow again and does not operate with the rush current.

【００１７】保護素子２は次の動作で電池１を保護す
る。 過大電流が流れると、ＰＴＣ素子３の抵抗が増
加して温度が上昇する。 ＰＴＣ素子３の発熱で低融
点金属４が溶断する。低融点金属４が熱的にＰＴＣ素子
３に接触しているからである。 低融点金属４が溶断
されると、電池１の電流は遮断される。 その後、電
流が減少してＰＴＣ素子３が復帰しても、電流は再び流
れることはない。それはＰＴＣ素子３と直列に低融点金
属４を接続しているからである。The protection element 2 protects the battery 1 by the following operation. When an excessive current flows, the resistance of the PTC element 3 increases and the temperature rises. The low-melting-point metal 4 is blown by the heat generated by the PTC element 3. This is because the low melting point metal 4 is in thermal contact with the PTC element 3. When the low melting point metal 4 is blown, the current of the battery 1 is cut off. Thereafter, even if the current decreases and the PTC element 3 returns, the current does not flow again. This is because the low melting point metal 4 is connected in series with the PTC element 3.

【００１８】ＰＴＣ素子３は、電流ヒューズより応答時
間が遅い。このため、ラッシュ電流が流れてもＰＴＣ素
子は作動しない。ＰＴＣ素子が作動しない限り、低融点
金属４は溶融しない。したがって、この発明の電池装置
は、ラッシュ電流が流れる機器にも使用できる。The PTC element 3 has a slower response time than the current fuse. Therefore, even if a rush current flows, the PTC element does not operate. Unless the PTC element operates, the low melting point metal 4 does not melt. Therefore, the battery device of the present invention can also be used for equipment in which a rush current flows.

【００１９】さらに、この発明の電池装置に装備する保
護素子２は、通電電流でＰＴＣ素子３を加熱し、ＰＴＣ
素子３で低融点金属４を加熱して溶融するので、電池１
に接触させることなく、温度ヒューズの特性を持たせる
ことができる。従来の温度ヒューズは、先に述べた通
り、感温部を電池に接触させる必要があるが、この発明
の電池装置に装備する保護素子は、ＰＴＣ素子の発熱で
低融点金属を溶断するので、電池に接触させる必要がな
い。Further, the protection element 2 provided in the battery device of the present invention heats the PTC element 3 with a supplied current,
Since the element 3 heats and melts the low-melting metal 4, the battery 1
The characteristics of the thermal fuse can be provided without contacting the thermal fuse. As described above, the conventional thermal fuse needs to bring the temperature sensing part into contact with the battery, but the protection element provided in the battery device of the present invention blows the low melting point metal by the heat generated by the PTC element. There is no need to contact the battery.

【００２０】[0020]

【実施例】以下、この発明の実施例を具体的に説明す
る。但し、以下に示す実施例は、この発明の技術思想を
具体化するための電池装置を例示すものであって、この
発明の電池装置は、使用部品の種類や特性、あるいは材
質や構造を下記のものに特定するものでない。この発明
の電池装置は、特許請求の範囲に於て、種々の変更を加
えることができる。DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS Embodiments of the present invention will be specifically described below. However, the following embodiment is an example of a battery device for embodying the technical idea of the present invention, and the battery device of the present invention has the following types and characteristics of components, or materials and structures. It is not something specific to the thing. Various changes can be added to the battery device of the present invention within the scope of the claims.

【００２１】更に、この明細書は、特許請求の範囲を理
解し易いように、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「課題を解決する為の
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。Further, in this specification, in order to facilitate understanding of the claims, the numbers corresponding to the members shown in the embodiments will be referred to as “claims” and “means for solving the problems”. Column). However, the members described in the claims are not limited to the members of the embodiments.

【００２２】本発明による実施例を以下に説明する。図
１に示す電池装置は、外径が１５mmφ、高さ４０mmの二
酸化マンガン・リチウム電池、型式ＣＲ１５４００（容
量１３００ｍＡｈ）を、２本直列に接続した２ＣＲ５タ
イプである。この図において、二酸化マンガン・リチウ
ム電池１は、パックケース５に収納されて、外部端子を
接続している。２本のリチウム電池１は、保護素子２を
介して接続されている。パックケース５の上下の開口端
は、蓋６で閉塞されている。An embodiment according to the present invention will be described below. The battery device shown in FIG. 1 is a 2CR5 type in which two manganese dioxide lithium batteries having an outer diameter of 15 mmφ and a height of 40 mm, and a model CR15400 (capacity of 1300 mAh) are connected in series. In this figure, a manganese dioxide / lithium battery 1 is housed in a pack case 5 and connected to external terminals. The two lithium batteries 1 are connected via a protection element 2. Upper and lower open ends of the pack case 5 are closed by a lid 6.

【００２３】図２は、電池装置に内蔵する二酸化マンガ
ン・リチウム電池１の断面形状を示している。この図に
おいて、７は、ペースト状の二酸化マンガンをエキスパ
ンドメタルの正極芯体に塗着、乾燥した正極基板を示し
ている。この正極基板７は、正極タブ８に接続されてい
る。正極タブ８の他端は、電気導出体を兼ねた外装缶９
に電気的に接続されている。また、図２において１０は
リチウム金属から成る負極を示している。負極は、負極
タブにより、電気導出体と安全弁とを兼ねた封口体１７
に電気的に接続されている。１１はポリエチレン製の微
多孔膜フィルムのセパレータであり、正極板と負極の間
に介在している。FIG. 2 shows a sectional shape of the manganese dioxide / lithium battery 1 incorporated in the battery device. In this figure, reference numeral 7 denotes a positive electrode substrate in which paste-like manganese dioxide is applied to an expanded metal positive electrode core and dried. This positive electrode substrate 7 is connected to a positive electrode tab 8. The other end of the positive electrode tab 8 is provided with an outer can 9 serving also as an electric outlet.
Is electrically connected to In FIG. 2, reference numeral 10 denotes a negative electrode made of lithium metal. The negative electrode has a negative electrode tab, and a sealing body 17 which also serves as an electric outlet and a safety valve.
Is electrically connected to Reference numeral 11 denotes a polyethylene microporous membrane film separator interposed between the positive electrode plate and the negative electrode.

【００２４】図３〜図５は、リチウム電池１に接続され
ている保護素子２の斜視図、および断面図である。この
図に示す保護素子２は、端子板１２、１３と、ＰＴＣ素
子３と、低融点金属４と、ＰＴＣ素子３と低融点金属４
とを収納する外装ケース１４とを備えている。FIGS. 3 to 5 are a perspective view and a sectional view of the protection element 2 connected to the lithium battery 1. The protection element 2 shown in FIG. 1 includes terminal plates 12 and 13, a PTC element 3, a low melting point metal 4, a PTC element 3 and a low melting point metal 4.
And an outer case 14 for storing the same.

【００２５】端子板１２、１３は、板厚０．０７mmのニ
ッケル製の金属板である。ＰＴＣ素子３の下面に位置す
る端子板１２は、ＰＴＣ素子３の下面に電気的に接触し
ている。The terminal plates 12, 13 are nickel metal plates having a thickness of 0.07 mm. The terminal plate 12 located on the lower surface of the PTC element 3 is in electrical contact with the lower surface of the PTC element 3.

【００２６】ＰＴＣ素子３は、電流が増加すると抵抗が
増加する素子、例えば、導電性粉末をバインダーで結合
した素子が使用できる。この構造のＰＴＣ素子３は、通
電電流が増加することによって、抵抗が急激に増加する
特徴がある。As the PTC element 3, an element whose resistance increases as the current increases, for example, an element in which conductive powder is bound with a binder can be used. The PTC element 3 having this structure is characterized in that the resistance increases rapidly due to an increase in the flowing current.

【００２７】ＰＴＣ素子３の上面には、耐熱性の絶縁テ
ープ１５を接着している。絶縁テープ１５は、ＰＴＣ素
子３の全面を被覆することなく、絶縁テープ１５を接着
しないＰＴＣ素子３の上面には、低融点金属４を接続し
ている。絶縁テープ１５の上面には、端子板１３を接着
している。低融点金属４は、端子板１３とＰＴＣ素子３
の上面とに電気的に接続されている。低融点金属４は、
ＰＴＣ素子３に加熱されて溶断される。図４に示す保護
素子２は、低融点金属４の一部を直接にＰＴＣ素子３に
接続して、熱的にＰＴＣ素子３に接触させている。A heat-resistant insulating tape 15 is adhered to the upper surface of the PTC element 3. The low-melting metal 4 is connected to the upper surface of the PTC element 3 to which the insulating tape 15 is not adhered without covering the entire surface of the PTC element 3 with the insulating tape 15. The terminal plate 13 is adhered to the upper surface of the insulating tape 15. The low melting point metal 4 is composed of the terminal plate 13 and the PTC element 3.
And is electrically connected to the upper surface. The low melting metal 4
The PTC element 3 is heated and melted. In the protection element 2 shown in FIG. 4, a part of the low-melting-point metal 4 is directly connected to the PTC element 3 and is brought into thermal contact with the PTC element 3.

【００２８】ただ、低融点金属は、必ずしも直接にＰＴ
Ｃ素子に接続する必要はない。例えば、図示しないが、
低融点金属をリード線を介してＰＴＣ素子に接続し、絶
縁テープを介してＰＴＣ素子に接触させることも可能で
ある。この保護素子は、ＰＴＣ素子の発生熱を、絶縁テ
ープを通過させて低融点金属に伝導し、ＰＴＣ素子の熱
で低融点金属を溶断することができる。したがって、こ
の明細書において、ＰＴＣ素子と低融点金属とを熱的に
接触させるとは、熱伝導部材を介して両者を接触させる
状態を含むものとする。However, the low melting point metal is not necessarily directly
There is no need to connect to the C element. For example, although not shown,
It is also possible to connect the low melting point metal to the PTC element via a lead wire and to contact the PTC element via an insulating tape. In this protection element, the heat generated by the PTC element is conducted to the low melting point metal through the insulating tape, and the low melting point metal can be blown off by the heat of the PTC element. Therefore, in this specification, the term “contacting the PTC element with the low-melting-point metal thermally” includes a state in which the PTC element and the low-melting-point metal are brought into contact with each other via a heat conducting member.

【００２９】さらに、図６と図７とに、別の構造の保護
素子２を示している。この保護素子２は、低融点金属４
に温度ヒューズを使用している。この図において、１２
は、板厚０．０７mmのニッケル製の端子板を示してい
る。この端子板１２は、ＰＴＣ素子３の端子である下面
に接触させている。ＰＴＣ素子３の上面には、低融点金
属である温度ヒューズを接触させている。温度ヒューズ
は、導電性接着剤１６を介してＰＴＣ素子３の上面端子
に接続されており、温度ヒューズの端子を兼ねる外装ケ
ースと、ＰＴＣ素子３とを電気的に接続している。温度
ヒューズの他方の端子は、保護素子２の他方の端子板１
３に機械的なカシメによって電気的に接続されている。FIGS. 6 and 7 show a protection element 2 having another structure. The protection element 2 is made of a low melting metal 4
Use a thermal fuse for In this figure, 12
Indicates a nickel terminal plate having a plate thickness of 0.07 mm. The terminal plate 12 is in contact with the lower surface of the PTC element 3 which is a terminal. The upper surface of the PTC element 3 is in contact with a thermal fuse, which is a low melting point metal. The thermal fuse is connected to the upper surface terminal of the PTC element 3 via the conductive adhesive 16, and electrically connects the outer case also serving as the terminal of the thermal fuse to the PTC element 3. The other terminal of the thermal fuse is connected to the other terminal plate 1 of the protection element 2.
3 is electrically connected by mechanical caulking.

【００３０】保護素子２に内蔵させるＰＴＣ素子３の特
性は、例えば、室温において、３Ａの電流を１分程度流
すとトリップする特性のものが使用できる。この特性の
ＰＴＣ素子を電池パックに内蔵すると、過電流によって
発熱される電池の熱でＰＴＣ素子３が加温され、さらに
低電流でトリップする特性を示す。実際に、この特性の
ＰＴＣ素子３を内蔵すると、２Ａの電流を約８分間流す
とトリップする。ＰＴＣ素子３がトリップすると表面温
度は急激に上昇し、１１０℃まで加熱された。As the characteristic of the PTC element 3 incorporated in the protection element 2, for example, a characteristic that trips when a current of 3 A flows for about one minute at room temperature can be used. When a PTC element having this characteristic is incorporated in a battery pack, the PTC element 3 is heated by the heat of the battery generated by the overcurrent, and trips at a lower current. Actually, when a PTC element 3 having this characteristic is built in, a trip occurs when a current of 2 A flows for about 8 minutes. When the PTC element 3 tripped, the surface temperature rose rapidly and was heated to 110 ° C.

【００３１】ＰＴＣ素子３に熱的に接触させる低融点金
属４は、ＰＴＣ素子３の発熱温度を考慮して最適値に調
整される。通常、低融点金属４の溶断温度は、８５℃〜
１１５℃の範囲に設計される。The low-melting metal 4 that is brought into thermal contact with the PTC element 3 is adjusted to an optimum value in consideration of the heat generation temperature of the PTC element 3. Usually, the fusing temperature of the low melting point metal 4 is 85 ° C.
It is designed in the range of 115 ° C.

【００３２】図３〜図７に示す保護素子２は、厚さが
２．０〜３．５mmである１０mm角程度となる。この大き
さの保護素子２は、図１に示す電池装置のパックケース
５内に収納できる大きさである。保護素子２の作動特性
や耐ラッシュ特性は、使用したＰＴＣの作動特性とほぼ
同じとなる。保護素子２は、室温において、３Ａの電流
を１分流して溶断し、図９に示す波形のラッシュ電流を
４００サイクル通電しても溶断しない特性を示した。The protective element 2 shown in FIGS. 3 to 7 has a thickness of about 2.0 mm to 3.5 mm and is about 10 mm square. The protection element 2 of this size is a size that can be stored in the pack case 5 of the battery device shown in FIG. The operating characteristics and lash resistance of the protection element 2 are almost the same as the operating characteristics of the PTC used. At room temperature, the protection element 2 was blown at a current of 3 A for one minute, and exhibited a characteristic that it was not blown even when 400 cycles of a rush current having a waveform shown in FIG. 9 were applied.

【００３３】この発明の電池装置の特性を従来品と比較
するために、保護素子として、ＰＴＣ素子を単独で内蔵
するものを使用し、実施例と同じタイプの電池装置であ
る２ＣＲ５を試作した。そして、本発明の実施例で試作
した電池装置と、従来品とをストロボを内蔵のコンパク
トカメラに使用して実装試験を行った。In order to compare the characteristics of the battery device of the present invention with those of the conventional battery device, a device having the same built-in PTC element was used as a protective device, and a battery device 2CR5 of the same type as that of the embodiment was prototyped. Then, a mounting test was performed using the battery device prototyped in the example of the present invention and a conventional product in a compact camera having a built-in strobe.

【００３４】また、未使用のＣＲ１５４００（容量１３
００ｍＡｈ）と、使用途中のＣＲ１５４００（容量７５
０ｍＡｈ）とを故意に組み合わせて、２ＣＲ５を作成
し、２Ωの負荷抵抗を介して外部短絡させた場合の、保
護素子や、ＰＴＣ素子の作動性や安全弁作動の有無を調
査した。Further, an unused CR15400 (capacity 13
00 mAh) and CR15400 (capacity 75)
0 mAh) was intentionally combined to prepare 2CR5, and the operability of the protection element and the PTC element and the presence / absence of the operation of the safety valve in the case of external short-circuiting through a load resistance of 2Ω were investigated.

【００３５】その結果を表１に、また、２Ωを介して短
絡した場合の電流と電圧変化を図５に示している。この
表において、実施例Ａの電池装置は、図３〜図５に示す
保護素子２を内蔵している。実施例Ｂの電池装置は図６
と図７に示す構造の保護素子２を内蔵している。Table 1 shows the results, and FIG. 5 shows current and voltage changes when a short circuit is caused via 2Ω. In this table, the battery device of Example A incorporates the protection element 2 shown in FIGS. The battery device of Example B is shown in FIG.
And a protection element 2 having the structure shown in FIG.

【００３６】 ［判定］ ○ 良 × 否[0036] [Judgment] ○ Good × No

【００３７】コンパクトカメラ実装実験では、実施例Ａ
とＢ、比較品共に、４００回ストロボを連続発光して
も、素子の作動は起きず、カメラの機能を損なうことは
なかった。しかし、容量差を設けた電池を組み合わせ、
２Ωの負荷抵抗を介して短絡させた場合、実施例ＡとＢ
の電池装置は安全弁が開かなかったが、比較品の電池装
置は、内圧が上昇して安全弁が開いた。[0037] co-down in the compact camera implementation experiment, Example A
In both of Comparative Examples B and B, even when the strobe light was continuously emitted 400 times, the device did not operate and the function of the camera was not impaired. However, combining batteries with different capacities,
Examples A and B when short-circuited via a load resistance of 2Ω
Although the safety valve did not open in the battery device of Comparative Example, the internal pressure of the battery device of the comparative product increased and the safety valve opened.

【００３８】図８は、２Ωの負荷抵抗で短絡した電流と
電池電圧を示している。この図に示すように、本発明の
実施例ＡとＢの電池装置は、いずれも短絡開始後、約８
分で保護素子の低融点金属が溶断した。このため、その
後の電池の通電は遮断された。負荷電流が遮断された使
用途中のリチウム電池は、その後に電圧が０Ｖ以下に降
下しない。このため、負荷電流による電解液の電気分解
は起こらず、安全弁は動作することがなかった。FIG. 8 shows the current and battery voltage short-circuited by a load resistance of 2Ω. As shown in this figure, the battery devices of Examples A and B of the present invention both showed about 8
In a minute, the low melting point metal of the protection element was blown. Therefore, the energization of the battery thereafter was cut off. The voltage of the lithium battery in use whose load current has been cut off does not drop below 0 V thereafter. Thus, electrolysis of electrolytic solution according to the load current does not occur, the safety valve did not operate.

【００３９】これに対して、比較品の電池装置は、短絡
開始後、約８分経過するとＰＴＣ素子が作動して一旦は
電流が抑制された。その後、約２．５時間経過すると、
ＰＴＣ素子が復帰して急激に負荷電流が増加した。この
ため、使用途中のリチウム電池は電圧が０Ｖ以下にな
り、負荷電流による電解液の電気分解が起こって電池内
圧が上昇し、安全弁が開弁した。On the other hand, in the comparative battery device, the PTC element was activated about 8 minutes after the start of the short circuit, and the current was once suppressed. After about 2.5 hours,
The PTC element returned and the load current increased rapidly. For this reason, the voltage of the lithium battery in use was reduced to 0 V or less, electrolysis of the electrolyte caused by the load current occurred, the internal pressure of the battery increased, and the safety valve was opened.

【００４０】以上の実施例は、電池の種類を二酸化マン
ガン・リチウム電池に保護素子を接続した例を説明して
いる。この発明は、電池を二酸化マンガン・リチウム電
池に特定するものではない。電池には、二酸化マンガン
・リチウム電池以外の電池を使用することもできる。The above embodiment describes an example in which the type of battery is a manganese dioxide / lithium battery and a protection element is connected. The present invention does not specify the battery as a manganese dioxide lithium battery. A battery other than a manganese dioxide / lithium battery can be used as the battery.

【００４１】さらに、電池には二次電池も使用できる。
二次電池は、放電時に限らず、充電するときの過電流で
も保護素子２を溶断して、電池の安全弁が作動するのを
防止することもできる。Further, a secondary battery can be used as the battery.
The secondary battery can also prevent the safety valve of the battery from operating by blowing the protection element 2 not only at the time of discharge but also at the time of overcurrent at the time of charging.

【００４２】電池には、二酸化マンガン・リチウム電池
以外に、一次電池としては、非水系の電池、水溶液系の
電池が使用できる。非水系の電池には、例えば、フッ化
黒鉛リチウム電池、塩化チオニルリチウム電池、クロム
酸銀リチウム電池、五酸化バナジウム電池、酸化銅リチ
ウム電池、硫化鉄リチウム電池、酸化ビスマスリチウム
電池が使用できる。また、水溶液系には、アルカリマン
ガン電池、ルクランシェ電池、酸化銀電池、水銀電池、
空気亜鉛電池等が使用できる。In addition to the manganese dioxide / lithium battery, a non-aqueous battery and an aqueous battery can be used as the primary battery. As the non-aqueous battery, for example, a lithium graphite fluoride battery, a lithium thionyl chloride battery, a lithium silver chromate battery, a vanadium pentoxide battery, a lithium copper oxide battery, a lithium iron sulfide battery, and a lithium bismuth oxide battery can be used. Aqueous solutions include alkaline manganese batteries, Lucranche batteries, silver oxide batteries, mercury batteries,
An air zinc battery or the like can be used.

【００４３】さらに、二次電池にも、非水系電池と、水
溶液系電池とが使用できる。非水系電池には、二酸化マ
ンガン・リチウム電池、五酸化バナジウム電池、酸化モ
リブデンリチウム電池、硫化チタンリチウム電池、硫化
モリブデンリチウム電池、セレン化ニオブリチウム電
池、カーボンリチウム電池、ポリマーリチウム電池等使
用できる。また、水溶液系電池には、ニッケル・カドミ
ウム電池、ニッケル水素電池、ニッケル亜鉛電池、鉛蓄
電池等が使用できる。Further, as the secondary battery, a non-aqueous battery and an aqueous battery can be used. As the nonaqueous battery, a manganese dioxide / lithium battery, a vanadium pentoxide battery, a lithium molybdenum oxide battery, a lithium lithium sulfide battery, a lithium molybdenum sulfide battery, a lithium niobium selenide battery, a carbon lithium battery, a polymer lithium battery, and the like can be used. Further, as the aqueous solution battery, a nickel-cadmium battery, a nickel-metal hydride battery, a nickel-zinc battery, a lead storage battery, or the like can be used.

【００４４】[0044]

【発明の効果】本発明の保護素子を有する電池装置は、
ＰＴＣ素子に過大な電流が流れて抵抗が増大すると、Ｐ
ＴＣ素子の発熱によって低融点金属が溶断される。この
ため、電池装置に過大な電流が流れて、一旦保護素子が
溶断された後は、その後にＰＴＣ素子の抵抗が減少して
も再び負荷電流が流れることはない。このため、電流が
減少してＰＴＣ素子の抵抗が減少しても、再び電池に電
流が流れることがない。従って、未使用の電池と使用途
中の電池とを直列に接続して短絡しても、使用途中の電
池電圧が０Ｖ以下に低下して、安全弁が開き、電解液が
漏れるのを解消できる。The battery device having the protection element of the present invention is
When an excessive current flows through the PTC element and the resistance increases, P
The low melting point metal is blown by the heat generated by the TC element. For this reason, after an excessive current flows through the battery device and the protection element is once blown, the load current does not flow again even if the resistance of the PTC element subsequently decreases. Therefore, even if the current decreases and the resistance of the PTC element decreases, the current does not flow through the battery again. Therefore, even if an unused battery and a battery in use are connected in series and short-circuited, the battery voltage in use is reduced to 0 V or less, the safety valve is opened, and leakage of the electrolyte can be prevented.

【００４５】また、この発明の電池装置は、ＰＴＣ素子
の発熱で低融点金属を溶断しているので、一時的に過大
電流による保護素子の溶断を防止できる。このため、こ
の発明の電池装置は、カメラのストロボのように、一時
的に過大電流が流れる電源に使用することが可能であ
る。Further, in the battery device of the present invention, since the low-melting-point metal is blown by the heat generated by the PTC element, the protection element can be temporarily prevented from being blown by an excessive current. For this reason, the battery device of the present invention can be used for a power supply in which an excessive current flows temporarily, such as a strobe of a camera.

【００４６】さらにまた、この発明の電池装置は、保護
素子に使用するＰＴＣ素子の特性と、低融点金属の融点
と、ＰＴＣ素子と低融点金属との熱接触状態を調整し
て、保護素子の溶断特性を任意に設計することが可能で
ある。すなわち、ＰＴＣ素子のワット数を変えることに
よって、ＰＴＣ素子がトリップした時の温度上昇を調整
できる。また、低融点金属の融点を変更して、ＰＴＣ素
子の上昇温度に対する溶断特性を調整できる。Further, in the battery device of the present invention, the characteristics of the PTC element used for the protection element, the melting point of the low-melting metal, and the thermal contact state between the PTC element and the low-melting metal are adjusted to adjust the protection element. It is possible to arbitrarily design the fusing characteristics. That is, by changing the wattage of the PTC element, the temperature rise when the PTC element trips can be adjusted. Further, by changing the melting point of the low melting point metal, it is possible to adjust the fusing characteristics of the PTC element with respect to the rising temperature.

【００４７】電池装置は、形式やサイズにより、短絡電
流が異なる。このため、安全弁の開弁特性も変化する。
ＰＴＣ素子の特性と、低融点金属の融点と、ＰＴＣ素子
と低融点金属の熱接触状態を調整して、種々の電池装置
の保護素子を最適な状態で溶断できる。The short-circuit current of the battery device differs depending on the type and size. Therefore, the valve opening characteristics of the safety valve also change.
By adjusting the characteristics of the PTC element, the melting point of the low-melting metal, and the thermal contact state between the PTC element and the low-melting metal, the protection elements of various battery devices can be blown in an optimal state.

【図面の簡単な説明】[Brief description of the drawings]

【図１】本発明の電池装置の分解斜視図FIG. 1 is an exploded perspective view of a battery device of the present invention.

【図２】本発明の電池装置に内蔵する二酸化マンガン・
リチウム電池の断面図FIG. 2 shows manganese dioxide contained in the battery device of the present invention.
Cross section of lithium battery

【図３】保護素子の一例を示す斜視図FIG. 3 is a perspective view showing an example of a protection element.

【図４】図３に示す保護素子の垂直断面図4 is a vertical sectional view of the protection device shown in FIG.

【図５】図３に示す保護素子の水平断面図FIG. 5 is a horizontal sectional view of the protection element shown in FIG. 3;

【図６】この発明の他の実施例にかかる保護素子の斜視
図FIG. 6 is a perspective view of a protection element according to another embodiment of the present invention.

【図７】図６に示す保護素子の側面図FIG. 7 is a side view of the protection element shown in FIG. 6;

【図８】容量差のある直列接続の電池を２Ωの抵抗で短
絡したときの、電流と電圧の変化を示すグラフFIG. 8 is a graph showing changes in current and voltage when a series-connected battery having a capacity difference is short-circuited with a 2Ω resistor.

【図９】電池に流す電流波形の一例を示すグラフFIG. 9 is a graph showing an example of a current waveform applied to a battery.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

１……電池 ２……保護素子 ３……ＰＴＣ素子 ４……低融点金属 ５……パックケース ６……蓋 ７……正極基板 ８……正極タブ ９……外装缶 １０……負極 １１……セパレータ １２……端子板 １３……端子板 １４……外装ケース １５……絶縁テープ １６……導電性接着剤 １７……封口体 DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 ... Battery 2 ... Protective element 3 ... PTC element 4 ... Low melting metal 5 ... Pack case 6 ... Lid 7 ... Positive substrate 8 ... Positive tab 9 ... Outer can 10 ... Negative electrode 11 ... ... Separator 12 ... Terminal plate 13 ... Terminal plate 14 ... Outer case 15 ... Insulating tape 16 ... Conductive adhesive 17 ... Sealing body

フロントページの続き (51)Int.Cl.6 識別記号 ＦＩ // Ｈ０１Ｍ 2/34 Ｈ０１Ｍ 2/34 Ａ (58)調査した分野(Int.Cl.6，ＤＢ名) H01M 10/42 - 10/48 H02J 7/00 H01M 2/34 Continuation of the front page (51) Int.Cl. 6 identification code FI // H01M 2/34 H01M 2/34 A (58) Investigation field (Int.Cl. 6 , DB name) H01M 10/42-10/48 H02J 7/00 H01M 2/34

Claims (1)

(57)【特許請求の範囲】(57) [Claims] 【請求項１】 １個またはそれ以上の電池と、この電池
に直例に接続された保護素子とを備える電池装置におい
て、下記の（ａ）ないし（ｃ）の構成を有することを特
徴とする保護素子を有する電池装置。 （ａ） 前記保護素子は、ＰＴＣ素子と、ＰＴＣ素子が
トリップした際に発生する熱で溶融する低融点金属とを
備えている。 （ｂ） ＰＴＣ素子と低融点金属とは熱的に接触されて
いる。 （ｃ） ＰＴＣ素子と低融点金属とは電気的に直列に接
続されている。1. A battery device comprising one or more batteries and a protection element directly connected to the batteries, wherein the battery device has the following configurations (a) to (c). A battery device having a protection element. (A) The protection element includes a PTC element and a low melting point metal that is melted by heat generated when the PTC element trips. (B) The PTC element and the low melting point metal are in thermal contact. (C) The PTC element and the low melting point metal are electrically connected in series.
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