JP3731380B2

JP3731380B2 - サーマルプロテクタおよびこのサーマルプロテクタを用いた電池パック

Info

Publication number: JP3731380B2
Application number: JP10360499A
Authority: JP
Inventors: 彦治奥山; 泰孝堀部
Original assignee: Panasonic Corp; Matsushita Electric Industrial Co Ltd
Current assignee: Panasonic Corp; Panasonic Holdings Corp
Priority date: 1999-04-12
Filing date: 1999-04-12
Publication date: 2006-01-05
Anticipated expiration: 2019-04-12
Also published as: JP2000294099A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、過熱・過電流による電気機器等の焼損を防ぐためのサーマルプロテクタと、それを収納した２次電池パックに関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
自己復帰式サーマルプロテクタは、熱によって反転動作を行う熱応動素子を有する可動電極と、この可動電極に対向して設けられ、かつ可動電極と接離可能に設けられた固定電極とを備えており、機器の異常温度上昇や、過電流に対し、熱応動素子がその動作温度以上になると熱応動素子が反転動作して可動電極と固定電極との接点を開き、給電を遮断して機器を保護する。そして、電気機器の異常が取り除かれ、熱応動素子の温度が下がると、熱応動素子は再び反転動作を行い、給電を再開する。このように自己復帰式サーマルプロテクタは取り替え不要で電気機器の異常を検知させることができ、ヒューズとは異なる大きな利点を備えた安全素子の一つとして用いられる。
【０００３】
図９に示すように従来のサーマルプロテクタは、容器２５内に、樹脂ブロック２６に固定された固定電極支持部２７および熱応動素子支持部２８と、固定電極支持部２７の一端部に接続された固定電極２９と、熱応動素子支持部２８の一端部に接続された熱応動素子３０と、熱応動素子３０の一端部に設けられた可動電極３１とを備えている。固定電極支持部２７および熱応動素子支持部２８の他端部には、リード線３２がそれぞれ接続され、各々のリード線３２は容器２５から外部に導出している。なお、樹脂ブロック２６は、充填剤１５で容器２５内に固定されている。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
このような従来の自己復帰型のサーマルプロテクタは、現在２次電池パックの分野において携帯電話等の比較的低電流容量の機器向けに使用されている。一方、電動工具等に代表される大電流容量の機器の場合、安全性の面から自己復帰型は適さず、一度動作した後は作業者の手動操作による復帰方式が要求されること、また許容される形状寸法に対して定格電流が過大であることなどから、これまで２次短絡に対する好適なサーマルプロテクタが存在せず、安全性の高いサーマルプロテクタが望まれてきた。
【０００５】
本発明は、このような問題を解決するためになされたもので、安全性の高い手動復帰方式サーマルプロテクタを提供することを目的とするものである。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
本発明の請求項１に記載のサーマルプロテクタは、内面に被係止部を有する容器内に、固定電極と、可動電極と、前記固定電極に対して前記可動電極を接離させるプランジャーと、前記プランジャーの軸方向に配置された弾性体と、前記プランジャーに支持され、かつ前記容器の被係止部に係止される係止部を一端に有する弾性板と、湾曲反転動作によって前記容器の被係止部から前記弾性板の係止部を離脱させる熱応動素子とを備え、前記固定電極は一定距離をおいた第１および第２の固定電極からなり、かつ前記可動電極は一定距離をおいて導電性の板に固定された第１および第２の可動電極からなるとともに、前記第１および第２の固定電極と前記第１および第２の可動電極とはそれぞれ対を成して対向した双断型接点の形態をとり、前記熱応動素子の一部が前記導電性の板と前記弾性板とに挟まれており、電流経路は前記第１の固定電極、前記第１の可動電極、前記導電性の板、前記第２の可動電極、および前記第１の固定電極で形成され、前記弾性板の係止部が前記容器の被係止部から離脱するにともない、前記弾性体の伸長作用によって前記プランジャーを軸方向に移動させることにより、前記固定電極と前記可動電極との接触状態を解除して前記固定電極と前記可動電極とを離間させて前記電流経路を遮断し、この離間した状態を維持する構成を有している。
【０００７】
この構成により、機器の温度上昇に伴う熱応動素子の湾曲反転動作によって、弾性板が押し下げられ、弾性板の係止部が容器の被係止部から離脱する。このとき弾性体の伸長によってプランジャーが移動し、固定電極と可動電極との接触状態を解除して離間させ、回路を遮断する。
【０００８】
次に、機器の異常状態を除去した後、リセットボタンを弾性板の係止部と被係止部とが係止する位置まで押し戻してやれば再び固定電極と可動電極との前記接点が閉じて給電が可能となる。
【０００９】
請求項２に記載の発明は、請求項１記載のサーマルプロテクタにおいて、前記弾性体は、第１および第２のコイルばねからなり、前記第１および第２の固定電極は支持体内に一定距離をおいて固定され、かつ前記第１および第２の固定電極間に前記第１のコイルばねが前記支持体内に埋設され、前記第２のコイルばねは前記導電性の板を介して前記第１のコイルばねと対向して直列配置され前記プランジャーの一端部で支持されている構成を有している。
【００１０】
この構成により、第１のコイルばねの伸縮動作によって可動接点を形成した導電性の板の駆動による固定接点と可動接点の接離が可能となり、第２のコイルばねの収縮によって導電性の板に負荷をかけ固定接点と可動接点間に接圧を発生させることができる。
【００１１】
請求項３に記載の発明は、請求項１または２に記載のサーマルプロテクタにおいて、前記プランジャーが凸部を有するブロックに固定されており、前記凸部は前記容器外に導出され、前記固定電極と前記可動電極との離間状態を接触状態に復帰させるためのリセットボタンになっている構成を有している。
【００１２】
この構成により、固定電極と可動電極との接点の離間状態において、容器外に導出されたリセットボタンを押し戻すことで再び接点を接触状態に復帰させることができる。
【００１３】
請求項４に記載の発明は、請求項３記載のサーマルプロテクタにおいて、前記弾性板の係止部が形成されてない他端部は前記ブロックの一部に当接して支持されている構成を有している。
【００１４】
この構成により、前記弾性板の静止状態での安定性が増し、ひいては前記固定電極と可動電極との接点の接圧の安定化が実現できる。
【００１７】
請求項５に記載の発明は、請求項１ないし４のいずれか１項に記載のサーマルプロテクタにおいて、前記弾性板の係止部の端部が湾曲状である構成を有している。
【００１８】
この構成により、前記被係止部と前記係止部との摺動による耐摩耗性を向上させることができる。
【００１９】
請求項６に記載の発明は、請求項１ないし５のいずれか１項に記載のサーマルプロテクタにおいて、前記弾性板の係止部と前記容器の被係止部が樹脂または金属からなる構成を有している。
【００２０】
この構成により、前記被係止部と前記係止部との摺動による耐摩耗性を向上させることができる。
【００２１】
請求項７に記載の発明は、請求項３記載のサーマルプロテクタにおいて、前記リセットボタンが導出された側の一部に凹部または凸部が形成されている構成を有している。
【００２２】
この構成により、前記凹部または凸部を利用した嵌合によって前記サーマルプロテクタを任意の箇所に簡単に装着することができる。
【００２３】
請求項８に記載の電池パックは、複数の２次電池が収納された電池パック内に、請求項３または７に記載のサーマルプロテクタが電池回路に直列に接続され、前記サーマルプロテクタの前記固定電極と前記可動電極との離間状態を接触状態とするとともに、前記電池回路のオフ状態をオン状態とするリセットボタンが設置されている構成を有している。
【００２４】
この構成により、２次電池の２次短絡等の異常が発生した場合、固定電極と可動電極とが離間状態となり電池回路を遮断（オフ状態）することができる。この後リセットボタンを押し戻して固定電極と可動電極とを接触状態にすることで、電池回路を通電状態（オン状態）にでき、給電を再開することができる。
【００２５】
請求項９に記載の発明は、請求項８記載の電池パックにおいて、電池パック内面に凹凸部を形成し、この凹凸が請求項７記載のサーマルプロテクタの容器に形成された凹凸部と嵌合することで、前記サーマルプロテクタが前記電池パック内に保持されている構成を有している。
【００２６】
この構成により、電池パック内にワンタッチでサーマルプロテクタを装着することができる。
【００２７】
請求項１０に記載の発明は、請求項８または９に記載の電池パックにおいて、前記固定電極と前記可動電極とが接触状態では、前記リセットボタンの先端部が前記電池パックの外表面よりも内側に位置している構成を有している。
【００２８】
この構成により、電池パックを所定の機器に装着して使用する場合、サーマルプロテクタのリセットボタンが作業の支障とならないようにすることができる。
【００２９】
請求項１１に記載の発明は、請求項８ないし１０のいずれか１項に記載の電池パックについて、前記貫通孔に取付けられ、かつ前記リセットボタンを操作可能としたキャップを有する構成を有している。
【００３０】
この構成により、電池パックの貫通孔から侵入する恐れのある水分、ほこり等の電池パック内部の２次電池およびサーマルプロテクタに悪影響を及ぼす可能性がある因子から電池パックを保護することができる。
【００３１】
【発明の実施の形態】
図１に示すように本発明の第１の実施の形態であるサーマルプロテクタは、ＰＢＴ（ポリブチレンテレフタレート）などの樹脂などからなる絶縁性容器１の内部に、リセットボタン２を兼ねた樹脂ブロック３にアルミニウムなどの金属からなる板状のプランジャー４が、この容器１の中心軸と同方向に設けられている。プランジャー４の一端部には銅などの金属板５を介して、第１のコイルばね６と第２のコイルばね７とが容器１の中心軸と同軸方向に直列配置され、第２のコイルばね側には弾性を有する銅などの金属製板ばね８が配置されている。ここで、前記板ばねとしては弾性板であればよく、板ばねに限定されない。さらに、一端部が金属板５と板ばね８とに挟まれ、他端部が板ばね８を反転動作によって矢印Ａ方向へ押し下げる働きをもった導電性熱応動素子９が設けられている。また、板ばね８の一端部には、湾曲状に形成された係止部１０が設けられ、この係止部１０の一端部は容器１の内面の所定位置に形成された被係止部１１の段差部分に収められ、一方、係止部が形成されていない他端部は、Ｌ字状に延びた樹脂ブロック３の一端に当接して支持されている。金属板５の両端部には銀などからなる第１および第２の可動電極１２ａ，１２ｂがそれぞれ設けられている。また、接点に銀などを施した第１および第２の固定電極１３ａ，１３ｂの一端部は、樹脂などの絶縁性を有する支持体１４に固定され、他端部は容器１外に導出されている。そして、支持体１４の中心部に設けられた穴には第１のコイルばね６の一端部が埋設されている。第１および第２の可動電極１２ａ，１２ｂは第１および第２の固定電極１３ａ，１３ｂにそれぞれ接触しており、第２のコイルばね７のたわみによって第１および第２の可動電極１２ａ，１２ｂと第１および第２の固定電極１３ａ，１３ｂとの接点間に接触圧が発生し、接点は接触状態を保ち、これによって、固定電極１３ａの外部端部からの電流は、順に可動電極１２ａ、金属板５、可動電極１２ｂを通って固定電極１３ｂの外部端部へと流れる電流経路が形成される。ここで、電流は上記電流経路と逆方向に流れてもよい。なお、容器１は支持体１４と充填剤１５とで密閉されている。
【００３２】
次に、上記サーマルプロテクタの動作について説明する。
【００３３】
いま、過電流あるいは温度の過昇によって機器（図示せず）の温度が上昇すると、熱応動素子９が内側に反る湾曲動作をし、これによって板ばね８が、図１に示す矢印Ａのようにプランジャー４側に押し込まれていき、熱応動素子９の動作温度が所定温度に達して熱応動素子９の押し量が被係止部１１の段差幅を上回ると、板ばね８の係止部１０が被係止部１１から離脱する。この瞬間、図２に示すように、伸長方向に付勢されていた第１のコイルばね６および第２のコイルばね７が伸長し、金属板５とプランジャー４が伸長方向に移動するため、金属板５に取り付けられた第１および第２の可動電極１２ａ，１２ｂが第１および第２の固定電極１３ａ，１３ｂから離れて離間状態となり、接点を開いて電流経路を遮断する。その結果、第１のコイルばね６および第２のコイルばね７の伸長距離の和だけ樹脂ブロック３の端部すなわちリセットボタン２が容器１の外に突出する。
【００３４】
そして、サーマルプロテクタが動作した後は、機器の異常状態が除かれたことを確認し、リセットボタン２を係止部１０が被係止部１１に収まる位置まで押し戻してやれば、第１の固定電極１３ａと第１の可動電極１２ａ、および第２の固定電極１３ｂと第２の可動電極１２ｂがそれぞれ接触状態となり、接点が再び閉じて給電可能となる。
【００３５】
なお、熱応動素子９の湾曲動作を板ばね８に効率よく伝達するために、板ばね８に突起を設けてもよい。また、熱応動素子９の湾曲動作は、スナップアクションあるいはスローアクションのどちらでも差し支えない。さらに、本実施の形態では容器１と支持体１４とは充填剤１５で封着した場合について説明したが、超音波を利用して固着することも可能である。
【００３６】
図３に示すように本発明の第２の実施の形態であるサーマルプロテクタは、図１に示したサーマルプロテクタと同様な構成であるが、異なっているのは、板ばね８の係止部１０が容器１の被係止部１１と接触する箇所において、ＰＢＴ（ポリブチレンテレフタレート）などの樹脂からなる湾曲状の端部を有することである。
【００３７】
この第２の実施の形態によれば、係止部１０と被係止部１１との摺動による耐摩耗性を向上させることができる。
【００３８】
図４に示すように本発明の第３の実施の形態であるサーマルプロテクタは、図１に示したサーマルプロテクタと同様な構成であるが、異なっているのは、容器１の被係止部１１およびその周辺の摺動部に金属体１６を配置したことである。
【００３９】
この第３の実施の形態によれば、係止部１０と被係止部１１との摺動による耐摩耗性を向上させることができる。
【００４０】
図５に示すように本発明の第４の実施の形態であるサーマルプロテクタは、図１に示したサーマルプロテクタと同様な構成であるが、異なっているのは、容器１の形状であり、容器１のリセットボタンが導出した側の容器１の外表面に２個所の凸部１７が形成されていることである。
【００４１】
この第４の実施の形態によれば、凸部１７を利用して、被装着部に別に凹部を設け、両者を嵌合することでサーマルプロテクタを被装着部の任意の箇所に簡単に装着することができる。
【００４２】
なお、図５では凸部の例を示したが、被装着部に凸部を形成すればサーマルプロテクタ側には凹部を形成すればよいことは言うまでもない。また、サーマルプロテクタのリセットボタンを包囲している筒状の容器凸部外面にねじを切れば（図示せず）、ねじ込み式で被装着部に装着することも容易に実現できる。
【００４３】
図６に示すように本発明の第５の実施の形態である電池パックの構成は、となり合う２次電池１８同士にできる空間に本発明の第１ないし第３の実施の形態のいずれかに記載のサーマルプロテクタ１９を電池回路に直列に接続し、かつ電池パックの外部からサーマルプロテクタ１９のリセットボタン２が操作できるように設けられたものである。電池パックのケース２０の一部に貫通孔２１が形成され、この貫通孔２１にリセットボタン２を配置している。
【００４４】
この第５の実施の形態によれば、電池パックに２次短絡等の異常が発生した場合、装着したサーマルプロテクタ１９内の固定電極と可動電極との接点が離間状態となり回路を遮断することができる。異常状態が除かれたことを確認した後、貫通孔２１から突出したリセットボタン２を押し戻して固定電極と可動電極との接点を接触状態にしてやることで再び接点が閉じて給電される。
【００４５】
また、リセットボタン２の先端部は、サーマルプロテクタ１９内の固定電極と可動電極との接点が接触状態では図６のように、電池パックの外表面より常に内側に位置してもよい。
【００４６】
図７に示すように本発明の第６の実施の形態である電池パックは、図６に示した電池パックと同様な構成であるが、図６のものと異なっているのは、サーマルプロテクタ１９のリセットボタン２が導出した側の容器１の外表面の一部に凸部２２が形成され、電池パックのケース２０の側に凹部２３を形成していることである。
【００４７】
この第６の実施の形態によれば、凸部２２と凹部２３とを嵌合することでサーマルプロテクタ１９を電池パックのケース２０に簡単に装着して保持することができるという作用を有する。
【００４８】
図８に示すように本発明の第７の実施の形態である電池パックは、図６に示した電池パックと同様な構成であるが、図６と異なっているのは、貫通孔２１に取付けられ、かつリセットボタン２を操作可能としたゴムなどの弾性をもったキャップ２４を有することである。
【００４９】
この第７の実施の形態によれば、リセットボタン２による手動復帰操作に支障をきたすことなく、作業中に貫通孔２１から侵入し、電池パック内の２次電池およびサーマルプロテクタ１９に悪影響を及ぼす恐れのある水分、ほこり等から電池パックを保護できるという作用を有する。
【００５０】
ただし、キャップ２４は、ケース２０の内部から取付けているが、ケース２０の外表面に取付けても問題ない。
【００５１】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明は過電流によって一度動作した後は作業者の手動操作によって復帰する安全性の高いサーマルプロテクタを得ることができ、大電流容量の機器である電動工具等の電池パックに用いることにより、２次電池の２次短絡等の異常が発生した場合に手動で給電を再開できるというすぐれた効果を有する。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１の実施の形態であるサーマルプロテクタにおいて固定電極と可動電極とが接触状態にある断面図
【図２】同じく固定電極と可動電極とが開離状態にある断面図
【図３】本発明の第２の実施の形態であるサーマルプロテクタの要部拡大断面図
【図４】本発明の第３の実施の形態であるサーマルプロテクタの要部拡大断面図
【図５】本発明の第４の実施の形態であるサーマルプロテクタの要部拡大斜視図
【図６】本発明の第５の実施の形態である電池パックの要部断面図
【図７】本発明の第６の実施の形態である電池パックの要部断面図
【図８】本発明の第７の実施の形態である電池パックの要部断面図
【図９】従来のサーマルプロテクタの断面図
【符号の説明】
１容器
２リセットボタン
３樹脂ブロック
４プランジャー
５金属板
６第１のコイルばね
７第２のコイルばね
８板ばね
９熱応動素子
１０係止部
１１被係止部
１２ａ，１２ｂ可動電極
１３ａ，１３ｂ固定電極
１４支持体
１５充填剤
１６金属体
１７凸部
１８電池
１９サーマルプロテクタ
２０電池パックのケース
２１貫通孔
２２凸部
２３凹部
２４キャップ

Claims

内面に被係止部を有する容器内に、固定電極と、可動電極と、前記固定電極に対して前記可動電極を接離させるプランジャーと、前記プランジャーの軸方向に配置された弾性体と、前記プランジャーに支持され、かつ前記容器の被係止部に係止される係止部を一端に有する弾性板と、湾曲反転動作によって前記容器の被係止部から前記弾性板の係止部を離脱させる熱応動素子とを備え、前記固定電極は一定距離をおいた第１および第２の固定電極からなり、かつ前記可動電極は一定距離をおいて導電性の板に固定された第１および第２の可動電極からなるとともに、前記第１および第２の固定電極と前記第１および第２の可動電極とはそれぞれ対を成して対向した双断型接点の形態をとり、前記熱応動素子の一部が前記導電性の板と前記弾性板とに挟まれており、電流経路は前記第１の固定電極、前記第１の可動電極、前記導電性の板、前記第２の可動電極、および前記第１の固定電極で形成され、前記弾性板の係止部が前記容器の被係止部から離脱するにともない、前記弾性体の伸長作用によって前記プランジャーを軸方向に移動させることにより、前記固定電極と前記可動電極との接触状態を解除して前記固定電極と前記可動電極とを離間させて前記電流経路を遮断し、この離間した状態を維持するようにしたことを特徴とするサーマルプロテクタ。
前記弾性体は、第１および第２のコイルばねからなり、前記第１および第２の固定電極は支持体内に一定距離をおいて固定され、かつ前記第１および第２の固定電極間に前記第１のコイルばねが前記支持体内に埋設され、前記第２のコイルばねは前記導電性の板を介して前記第１のコイルばねと対向して直列配置され前記プランジャーの一端部で支持されていることを特徴とする請求項１に記載のサーマルプロテクタ。
前記プランジャーは凸部を有するブロックに固定されており、前記凸部は前記容器外に導出され、前記固定電極と前記可動電極との離間状態を接触状態に復帰させるためのリセットボタンになっていることを特徴とする請求項１または２に記載のサーマルプロテクタ。
前記弾性板の係止部が形成されてない他端部は前記ブロックの一部に当接して支持されていることを特徴とする請求項３記載のサーマルプロテクタ。
前記弾性板の係止部の端部が湾曲状であることを特徴とする請求項１ないし４のいずれか１項に記載のサーマルプロテクタ。
前記弾性板の係止部と前記容器の被係止部が樹脂または金属からなることを特徴とする請求項１ないし５のいずれか１項に記載のサーマルプロテクタ。
前記リセットボタンが導出した側の容器の外表面の一部に凹部または凸部が形成されていることを特徴とする請求項３記載のサーマルプロテクタ。
複数の２次電池が収納された電池パック内に、請求項３または７に記載のサーマルプロテクタが電池回路に直列に接続され、前記サーマルプロテクタの前記リセットボタンが前記電池パックの一部に形成された貫通孔に配置されていることを特徴とする電池パック。
電池パック内面に凹部または凸部を形成し、この凹部または凸部が請求項７記載のサーマルプロテクタの容器に形成された凹部または凸部と嵌合されて、前記サーマルプロテクタが前記電池パック内に保持されていることを特徴とする請求項８記載の電池パック。
前記固定電極と前記可動電極とが接触状態では、前記リセットボタンの先端部が前記電池パックの外表面よりも内側に位置していることを特徴とする請求項８または９に記載の電池パック。
前記貫通孔に取付けられ、かつ前記リセットボタンを操作可能としたキャップを有することを特徴とする請求項８ないし１０のいずれか１項に記載の電池パック。