JP4815151B2

JP4815151B2 - 感熱保護スイッチ装置及び電池パック

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Publication number: JP4815151B2
Application number: JP2005159889A
Authority: JP
Inventors: 猪一郎森
Original assignee: Panasonic Corp; Matsushita Electric Industrial Co Ltd
Current assignee: Panasonic Corp; Panasonic Holdings Corp
Priority date: 2005-05-31
Filing date: 2005-05-31
Publication date: 2011-11-16
Anticipated expiration: 2025-05-31
Also published as: JP2006338927A

Description

本発明は、加熱体により加熱されることで回路をオフにする感熱保護スイッチ装置、及び、感熱保護スイッチ装置を用いて二次電池を保護するための保護回路を構成した電池パックに関する。

近年、携帯電話機、デジタルカメラ、電動工具、ロボットなどの種々の機器において、二次電池と保護回路とを一体に備えた電池パックが汎用されている。この電池パックは、例えば、図１２に示すような回路構成になるものである。

この図１２に示す電池パック２００は、リチウムイオン二次電池、リチウムポリマー二次電池、ニッケル水素二次電池、ニッケルカドミウム二次電池などの充電可能な二次電池２０２と、二次電池２０２に過剰な充電電流が流れたり、過大な放電電流が流れたりするのを阻止するための保護回路２０４とから構成されている。すなわち、リチウムイオン二次電池などの二次電池２０２では、二次電池２０２が過剰に充電されたり、二次電池２０２に過大な放電電流が流れたりすると、サイクル寿命などの特性が劣化したり、電池の膨張や変形などを招いたりするという不都合が生じるため、かかる不都合が生じるのを阻止すべく二次電池２０２の正極端子及び負極端子に接続される一対の外部端子２０６、２０８との間に保護回路２０４が設けられている（例えば、特許文献１）。

この保護回路２０４は、二次電池２０２に過剰な充電電流が流れた場合にその充電電流を遮断するためのスイッチ素子としてのＭＯＳＦＥＴ２１０と、二次電池２０２に過大な放電電流が流れた場合にその放電電流を遮断するためのスイッチ素子としてのＭＯＳＦＥＴ２１２と、二次電池２０２に過剰な充電電流が流れることで二次電池２０２が過剰に充電されたことを検出するコンパレータを含む過充電検出回路２１４と、二次電池２０２に過大な放電電流が流れたことを検出するコンパレータを含む過放電検出回路２１６と、二次電池２０２に過剰な充電電流が流れた場合に過充電検出回路２１４から出力される検出信号を受けてＭＯＳＦＥＴ２１０をオフにして充電電流を遮断すると共に、二次電池２０２に過大な放電電流が流れた場合に過放電検出回路２１６から出力される検出信号を受けてＭＯＳＦＥＴ２１２をオフにして放電電流を遮断する論理回路２１８とを備たものである。
特開平４−７５４３０号公報

ところが、上記の保護回路２０４では、ＭＯＳＦＥＴ２１０、２１２のドレイン・ソース間にドレイン側を順方向とする寄生ダイオードが生成されることから、電流の流れる方向が互いに異なる充電電流と放電電流とを１つのＭＯＳＦＥＴで遮断することができないことになり、充電電流を遮断するＭＯＳＦＥＴ２１０と放電電流を遮断するＭＯＳＦＥＴ２１２の２つのＭＯＳＦＥＴを必要とし、それに応じて過充電検出回路２１４、過放電検出回路２１６、論理回路２１８などを必要とすることで、回路構成が複雑化するという問題があった。また、回路構成が複雑化することなどに起因し、配線基板に保護回路を構成してなる保護回路基板の小型化にも限界が生じ、保護回路基板を用いて電池パックを構成する場合にあっては電池パックの小型化も阻害される場合が生じ得るという問題があった。

本発明は、このような事情に鑑みてなされたもので、保護回路基板の小型化と電池パックの小型化とを可能にする感熱保護スイッチ装置、及び、その感熱保護スイッチ装置を用いて二次電池を保護するための保護回路を構成した電池パックを提供することを目的とする。

上記目的を達成するため、請求項１の発明は、加熱体により加熱されることで回路をオフにする感熱保護スイッチ装置であって、所定間隔をおいて配置された第１支持部材及び第２支持部材を有するフレーム体と、このフレーム体の第１面側における第１支持部材上に配設されて接点を構成すると共に、当該接点から延設されることで第１取付端子を構成する第１配線導体と、前記フレーム体の第１面側における第２支持部材上に配設されて接点を構成すると共に、当該接点から延設されることで第２取付端子を構成する第２配線導体と、前記第１配線導体及び前記第２配線導体の各接点間に跨って配設され、加熱体により加熱された場合に各接点間をオフにする感熱スイッチ素子とから構成され、前記フレーム体は、第１支持部材及び第２支持部材間を、前記第１面及び前記第１面に対向する第２面との間の中間部において連結すると共に、前記バイメタル素子を前記第１面側に配設する連結部材を備え、前記フレーム体は、前記第２面側が各支持部材間を介して前記感熱スイッチ素子を加熱するための加熱体を配設可能にする開放状とされ、前記第１取付端子は、前記第１支持部材の前記第２面と面一になるように、前記第２面位置で外方に屈曲され、前記第２取付端子は、前記第２支持部材の前記第２面と面一になるように、前記第２面位置で外方に屈曲されたことを特徴とする。

請求項２の発明は、請求項１に係るものにおいて、前記感熱スイッチ素子は、前記各接点間に跨って配設された可動接点部材と、加熱体により加熱された場合に前記可動接点部材に作用して前記各接点間をオフにするバイメタル素子とを備えることを特徴としている。

請求項３の発明は、請求項２に係るものにおいて、前記フレーム体は、前記連結部材を第１支持部材及び第２支持部材の第１面及び第２面間における中間部に形成することで当該連結部材の第２面側に凹部が形成され、この凹部が前記感熱スイッチ素子を加熱するための加熱体を配設可能にする開放状とされたことを特徴としている。

請求項４の発明は、請求項１乃至３のいずれかに係るものにおいて、前記フレーム体の第１面側に前記感熱スイッチ素子を覆うカバー体を備えたことを特徴としている。

請求項５の発明は、請求項１乃至４のいずれかに係るものにおいて、前記フレーム体は、第１支持部材と第２支持部材とを配線基板で固定することによって構成されていることを特徴としている。

請求項６の発明は、第１外部端子及び第２外部端子を有する電池パックであって、負荷装置に対し電力を供給するための二次電池と、この二次電池を保護するためのもので、請求項１乃至４のいずれかに記載の感熱保護回路スイッチ装置を用いて構成した保護回路とを備えたことを特徴としている。

請求項７の発明は、請求項６に係るものにおいて、前記保護回路は、前記二次電池の正極端子と前記第１外部端子との間に前記感熱保護回路スイッチ装置が配設されたものであり、前記二次電池が過剰に充電されたことを検出する過充電検出回路と、この過充電検出回路の検出信号によりオンオフ制御されるスイッチ素子と、前記二次電池が過剰に充電された場合に前記スイッチ素子がオンにされて通電されることで前記感熱保護回路スイッチ装置における感熱スイッチ素子を加熱するヒータとを備えたことを特徴としている。

請求項８の発明は、請求項７に係るものにおいて、前記保護回路を構成する過充電検出回路、スイッチ素子及びヒータを半導体集積回路により構成したことを特徴としている。

請求項９の発明は、請求項８に係るものにおいて、前記感熱保護回路スイッチ装置における感熱スイッチ素子を加熱する加熱体が前記半導体集積回路であることを特徴としている。

請求項１の発明によれば、フレーム体の第２面側が第１支持部材及び第２支持部材間を介して感熱スイッチ素子を加熱する加熱体を配設可能にする開放状とされ、加熱体とは独立して取り扱うことのできるユニット化されたものであるため、加熱体を配線基板に実装した後で、加熱体の実装とは独立して感熱保護スイッチ装置を配線基板に実装することができる。このため、保護回路基板の組み立てが容易になると共に、配線基板の構造が複雑化することもないので保護回路基板の小型化を促進することができる。

請求項２の発明によれば、フレーム体に連結部材が設けられていることでバイメタル素子を可動接点部材に対する正確な位置に固設することができる。このため、バイメタル素子を可動接点部材に対し正確に作用させることができ、回路を確実にオフにすることができる。

請求項３の発明によれば、連結部材の第２面側に形成される凹部が感熱スイッチ素子を加熱するための加熱体を配設可能にする開放状とされているので、感熱保護スイッチ装置を加熱体が連結部材の第２面側の凹部に配設されるようにして配線基板に実装することができる。このため、感熱保護スイッチ装置の加熱体に対する位置決めが容易となり、保護回路基板の組み立てが容易になる。

請求項４の発明によれば、フレーム体の第１面側に感熱スイッチ素子を覆うカバー体が設けられているので、感熱スイッチ素子を外圧や塵埃などから保護することができる。このため、動作信頼性の高い感熱保護スイッチ装置を実現することができる。

請求項５の発明によれば、フレーム体が第１支持部材と第２支持部材とを配線基板で固定することによって構成されているので、フレーム体を堅牢なものとすることができる。このため、動作信頼性の高い感熱保護スイッチ装置を実現することができる。

請求項６の発明によれば、感熱保護回路スイッチ装置を用いて構成した保護回路を備えているので、保護回路基板の小型化が促進される。このため、電池パックの小型化も促進されることになる。

請求項７の発明によれば、二次電池が過剰に充電された場合にヒータに通電されて感熱保護回路スイッチ装置を構成する感熱スイッチ素子が加熱されるので、充電回路が確実に遮断される。このため、二次電池を確実に保護することができ、信頼性の高い電池パックを実現することができる。

請求項８の発明によれば、保護回路を構成する過充電検出回路、スイッチ素子及びヒータが半導体集積回路により構成されるので、保護回路が小型化されて保護回路基板の小型化がより促進される。このため、電池パックの小型化もより促進されることになる。

請求項９の発明によれば、感熱保護回路スイッチ装置を構成する感熱スイッチ素子が半導体集積回路により加熱されるので、ヒータのみの場合よりも発熱量が増大されて感熱スイッチ素子が確実に加熱される。このため、二次電池を確実に保護することができ、信頼性の高い電池パックを実現することができる。

図１３は、可動接点部材とバイメタル素子とからなるバイメタルスイッチ２を用いた感熱保護スイッチ装置４の構成を示す図で、本発明の感熱保護スイッチ装置と対比するためのものである。すなわち、可動接点部材とバイメタル素子とからなるバイメタルスイッチ２を用いた感熱保護スイッチ装置４を二次電池の充放電回路に介挿し、二次電池に過剰な充電電流が流れた場合に過充電検出回路から出力される検出信号に基づいて加熱体６を発熱させてバイメタルスイッチ２を作動させることで回路をオフにすると共に、二次電池に過大な放電電流が流れた場合に可動接点部材の可動接点の接触抵抗により生成されるジュール熱によりバイメタルスイッチ２を作動させることで回路をオフにし、これにより二次電池に過剰な充電電流が流れたり、過大な放電電流が流れたりするのを阻止することが可能である。

このような構成の保護回路によれば、過充電検出回路を備えるだけで二次電池に流れる過剰な充電電流と過大な放電電流とを阻止することができ、従来の図１２に示す構成に比べて保護回路の構成部品点数が削減されて回路構成が簡素化されるだけでなく、回路構成が簡素化されることで配線基板上に各構成部品を配置してなる保護回路基板も小型化されることになる。

ところが、バイメタルスイッチ２とバイメタルスイッチ２を加熱するための加熱体６とを配線基板８に一体的に組み込む必要があることから、保護回路基板の組み立てが煩雑化するだけでなく、配線基板８の構造が複雑化することで保護回路基板の小型化に限界が生じ、電池パックを構成する場合にあっては電池パックの小型化も阻害される場合が生じ得る。このため、以下に、かかる不都合の生じない本発明の感熱保護スイッチ装置を電池パックに適用した場合について説明する。

図１は、本発明に係る感熱保護スイッチ装置を用いた電池パックの概略構成を説明するための外観分解斜視図である。この図において、電池パック１０は、扁平状の電池収納部１２と、電池収納部１２の開口端側に嵌合される回路収納部１４と、電池収納部１２と回路収納部１４との間に介在される絶縁スペーサ１６とを備えている。

電池収納部１２は、例えばニッケルメッキを表面に施した鋼板などにより構成された上面開放状のケース１８に、リチウムイオン二次電池、リチウムポリマー二次電池、ニッケル水素二次電池、ニッケルカドミウム二次電池などの二次電池２０を凸状の正極端子２２が開口端から突出するように収納されたもので、ケース１８に二次電池２０を収納した後にかしめ封口され、ケース１８の内部において二次電池２０の負極端子２３がケース１８に接続されたものである。

回路収納部１４は、例えば合成樹脂材料などにより構成された下面開放状のケース２４に、後述する保護回路４０を構成した保護回路基板２６が収納されたもので、ケース２４の有底上面に形成された複数の窓部２８に二次電池２０の正極端子２２及び負極端子２３に対応する第１外部端子Ｔ１及び第２外部端子Ｔ２が露出されて配設され、ケース２４の開口面における対向端縁から下方に延びる金属板からなる接続端子３０が設けられたものである。この回路収納部１４は、保護回路４０を構成した保護回路基板２６を内部に収納した状態で絶縁スペーサ１６を介して電池収納部１２の開口端側に組み合わされ、接続端子３０がケース１８に電気的に接続されることで電池収納部１２と共に電池パック１０を構成する。

図２は、図１に示す電池パック１０の電気的構成の一例を示す回路図である。すなわち、電池パック１０は、二次電池２０に対し図略の充電装置あるいは携帯電話機などの負荷装置が接続される上述した第１外部端子Ｔ１及び第２外部端子Ｔ２を備え、二次電池２０の正極端子２２及び負極端子２３と第１外部端子Ｔ１及び第２外部端子Ｔ２との間に、二次電池２０に過剰な充電電流が流れるのを阻止すると共に、過大な放電電流が流れるのを阻止する保護回路４０が接続されて構成されたものである。

この保護回路４０は、二次電池２０の正極端子２２と第１外部端子Ｔ１との間に介挿された感熱保護スイッチ装置４２と、二次電池２０の正極端子２２と負極端子２３との間に接続され、二次電池２０に過剰な充電電流が流れることで二次電池２０が過剰に充電されたことを検出する過充電検出回路４４と、過充電検出回路４４の検出信号によりオンオフ制御されるスイッチ素子であるＭＯＳＦＥＴ４６と、二次電池２０の正極端子２２と負極端子２３との間にＭＯＳＦＥＴ４６を介して接続された加熱体であるヒータ４８とを備えている。

ここで、感熱保護スイッチ装置４２は、バイメタルスイッチを用いて構成されたもので、このバイメタルスイッチが加熱体４８により加熱されていない場合には二次電池２０の充放電回路をオンにし、バイメタルスイッチがヒータ４８により加熱された場合には二次電池２０の充放電回路をオフにするものである。この感熱保護スイッチ装置４２の具体的構成については後述する。

また、過充電検出回路４４は、コンパレータ５０と基準電圧源５２とを備え、コンパレータ５０の＋端子が二次電池２０の正極端子２２に接続されると共に、−端子が基準電圧源５２に接続され、出力端子がＭＯＳＦＥＴ４６のゲートＧに接続されたものである。ここで、基準電圧源５２は、二次電池２０が満充電状態を超え、過剰な充電電流の流れる過充電状態になったと判別し得る電圧値に設定されたものである。なお、ＭＯＳＦＥＴ４６のドレインＤは加熱体４８に接続され、ソースＳは二次電池２０の負極端子２３に接続されている。

図３は、感熱保護スイッチ装置４２の具体的構成の一例を説明するための要部断面図である。すなわち、感熱保護スイッチ装置４２は、配線基板に表面実装可能に構成されたものであり、合成樹脂やセラミックスなどの絶縁材料により一体形成されたフレーム体６０と、金属薄板などにより形成された第１配線導体６２と、金属薄板などに形成された第２配線導体６４と、感熱スイッチ素子であるバイメタルスイッチ６６と、フレーム体６０の表面側においてバイメタルスイッチ６６を覆うカバー体６８とを備えたものである。

ここで、フレーム体６０は、第１支持部材７０と、第１支持部材７０と所定間隔をおいて対向配置された第２支持部材７２と、第１支持部材７０と第２支持部材７２とを第１面である表面と第１面と対向する第２面である裏面との間（図示の上下面間）の中間部において連結する連結部材７４とを備えたものである。このフレーム体６０は、連結部材７４を第１支持部材７０及び第２支持部材７２の表裏面間の中間部に形成することで、連結部材７４の裏面側における第１支持部材７０及び第２支持部材７２間に凹部（空間部）７６を形成する一方、この凹部７６を外部に通じる開放状とすることで、感熱保護スイッチ装置４２を配線基板などに実装する際に凹部７６にバイメタルスイッチ６６を加熱するための加熱体であるヒータ４８（図２）を配設可能にしたものである。

第１配線導体６２は、フレーム体６０の表面側における第１支持部材７０上に配設されて第１接点（第１接続点）７８を構成すると共に、第１接点７８から第１支持部材７０の外側面を介して延設されることで第１取付端子８０を構成したものである。この第１取付端子８０は、第１支持部材７０の裏面と面一になるように第１支持部材７０の裏面位置で外方に屈曲されたものである。

第２配線導体６４は、フレーム体６０の表面側における第２支持部材７２面に配設されて第２接点（第２接続点）８２を構成すると共に、第２接点８２から第２支持部材７２の外側面を介して延設されることで第２取付端子８４を構成したものである。この第２取付端子８４は、第２支持部材７２の裏面と面一になるように第２支持部材７２の裏面位置で外方に屈曲されたものである。なお、第２配線導体６４は、連結部材７４の表面にも延設されており、後述するバイメタル素子８８の取り付けが容易になるようにしている。

バイメタルスイッチ６６は、第１配線導体６２の第１接点７８及び第２配線導体６４の第２接点８２間に跨って配設された長尺状の可動接点部材８６と、可動接点部材８６の裏面側に位置する連結部材７４の表面に配設されたバイメタル素子８８とを備えている。

ここで、可動接点部材８６は、一端が固定接点９０とされ、他端が可動接点９２とされたもので、固定接点９０がスポット溶接などにより第２支持部材７２の第２接点８２に取り付けられると共に、可動接点９２がバイメタル素子８８の作用力を受けない場合に第１支持部材７０の第１接点７８に常に接触するようにされることで第１接点７８及び第２接点８２間をオンにし、可動接点９２がバイメタル素子８８の作用力を受けた場合に第１支持部材７０の第１接点７８から離反することで第１接点７８及び第２接点８２間をオフにするものである。

また、バイメタル素子８８は、中央部が可動接点部材８６側に湾曲された長尺状のもので、第２支持部材７２側に位置する一端がスポット溶接などにより連結部材７４表面の第２配線導体６４に取り付けられ、バイメタル素子８８が加熱された場合に第１支持部材７０側に位置する他端が可動接点部材８６側に湾曲され、可動接点部材８６に接触するときの作用力により可動接点部材８６の可動接点９２を第１支持部材７０の第１接点７８から離反させるものである。なお、連結部材７４の表面側にバイメタル素子８８の位置精度を向上させるための突起９５が設けられている。

カバー体６８は、バイメタルスイッチ６６を外圧や塵埃などから保護するためのものであり、長尺状の絶縁板材の長手方向両端を第１取付端子８０及び第２取付端子８４側に屈曲させた構造を有するもので、その屈曲端面を第１取付端子８０及び第２取付端子８４に接着するなどして固定したものである。

このように構成された感熱保護スイッチ装置４２は、ヒータ４８（図２）の取り付けられた配線基板にヒータ４８がフレーム体６０の凹部７６に配設されるようにして第１取付端子８０及び第２取付端子８４により表面実装されるものであり、この感熱保護スイッチ装置４２を用いた保護回路４０は次のように動作する。

すなわち、第１外部端子Ｔ１及び第２外部端子Ｔ２間に充電装置が接続されて二次電池２０が充電される場合、二次電池２０が過剰な充電状態に達するまでは基準電圧源５２の電圧は二次電池２０の電圧よりも高いことから、コンパレータ５０からはロー信号が出力されてＭＯＳＦＥＴ４６がオフにされ、加熱体４８は非通電状態となる。このため、感熱保護スイッチ装置４２はオン状態が維持され、二次電池２０に対する充電が継続される。なお、充電装置には、二次電池２０が満充電に達した場合に充電動作を停止させる保護回路を備えているため、満充電状態に達した場合に充電動作が終了される。

ところが、充電装置の故障などによる誤動作により二次電池２０に過剰な充電電流が流れた場合、二次電池２０の電圧が基準電圧源５２の電圧よりも高くなることから、コンパレータ５０からはハイ信号が出力されてＭＯＳＦＥＴ４６がオンにされ、加熱体４８が通電状態となることで加熱体４８が発熱される。

これにより、バイメタルスイッチ６６を構成しているバイメタル素子８８が加熱されて可動接点部材８６側に湾曲され、バイメタル素子８８の作用力で可動接点部材８６の可動接点９２が第１接点７８から離反されることで充電状態にある回路がオフにされ、充電装置から供給される二次電池２０への充電電流の供給が停止される。これにより、二次電池２０が過剰に充電されることが効果的に阻止される。

一方、第１外部端子Ｔ１及び第２外部端子Ｔ２間に携帯電話機などの負荷装置が接続された場合で負荷装置の故障などにより二次電池２０に過大な放電電流が流れた場合、可動接点部材８６の可動接点９２と第１接点７８との間の接触抵抗により生成されるジュール熱により可動接点部材８６が加熱され、この加熱された可動接点部材８６によりバイメタル素子８８が加熱される。これにより、バイメタル素子８８の湾曲による作用力で可動接点部材８６の可動接点９２が第１接点７８から離反されることで通電状態にあった回路がオフにされ、二次電池２０からの負荷装置への電力供給が停止される。これにより、二次電池２０に過大な放電電流が流れるのが効果的に阻止される。

図４は、上記のように構成された感熱保護スイッチ装置４２を用いて保護回路４０を配線基板９６上に構成してなる図１に示す保護回路基板２６の側面図である。この保護回路基板２６は、例えば、ヒータ４８を配線基板９６の表面における所定位置に耐熱性接着剤などで固定したのち、感熱保護スイッチ装置４２をその凹部７６にヒータ４８が配設されるようにして配線基板９６の図略のランドに第１取付端子８０及び第２取付端子８４を導電性接着剤などにより接続して表面実装し、過充電検出回路４４及びＭＯＳＦＥＴ４６を含む回路部分を混成集積回路化するなどした制御回路部９８を図略のランドに接続して表面実装することで構成したものである。

ここで、保護回路基板２６を構成する配線基板９６は、その表面の両端部に二次電池２０の正極端子２２及び負極端子２３に接続するための第１取付電極１００及び第２取付電極１０２が配設されると共に、裏面に第１外部端子Ｔ１及び第２外部端子Ｔ２が配設され、感熱保護スイッチ装置４２、加熱体４８、制御回路部９８、第１取付電極１００、第２取付電極１０２、第１外部端子Ｔ１及び第２外部端子Ｔ２を結線するための図略の配線パターンが配設されたものである。

このように構成された保護回路基板２６は、感熱保護スイッチ装置４２がヒータ４８とは独立して取り扱うことのできるユニット化されたものであり、感熱保護スイッチ装置４２の第１支持部材７０及び第２支持部材７２間の凹部７６が外部に通じる開放状とされているため、ヒータ４８を配線基板９６に実装した後で、ヒータ４８の実装とは独立して感熱保護スイッチ装置４２を配線基板９６に実装することができる。このため、感熱スイッチ素子と加熱体とを配線基板に一体的に組み込む図１３に示す構造のものに比べて保護回路基板２６の組み立てが容易になると共に、配線基板９６の構造が複雑化することもないので保護回路基板２６の小型化を促進することができ、これにより電池パック１０の小型化も促進することができるという利点を有する。

図５は、図４に示す保護回路基板２６を用いて図１に示す電池パック１０を構成する場合の二次電池２０に対する保護回路基板２６の配置構成と、二次電池２０と保護回路基板２６との電気的接続関係を概念的に示す図で、二次電池２０を収納するケース１８と保護回路基板２６を収納するケース２４とを取り除いて示す図である。

すなわち、二次電池２０を収納した図略のケース１８に保護回路基板２６を収納した図略のケース２４を嵌合することにより、保護回路基板２６が感熱保護スイッチ装置４２などを実装した側を二次電池２０に対向するように配置され、保護回路基板２６の第１取付電極１００と二次電池２０の負極端子２３とが接続端子３０（図１）により接続されると共に、第２取付電極１０２と二次電池２０の正極端子２２とが接続端子１０４により接続され、第１外部端子Ｔ１及び第２外部端子Ｔ２をケース２４の窓部２８（図１）に露出させることで電池パック１０が構成される。なお、二次電池２０と保護回路基板２６との空隙部などに絶縁樹脂をモールドすることも可能である。このように、絶縁樹脂をモールドする場合には、感熱保護スイッチ装置４２のカバー体６８は密封構造とすることが好ましい。

図６は、上記のように構成された感熱保護スイッチ装置４２を用いると共に、保護回路４０のうちの感熱保護スイッチ装置４２のみ除いた部分を半導体集積回路化したＩＣ素子１１０を用い、これらを配線基板１１２上に実装して構成した保護回路基板２６の側面図である。この保護回路基板２６は、例えば、ＩＣ素子１１０をヒータ４８が感熱保護スイッチ装置４２のバイメタル素子８８側に向くようにして配線基板１１２の表面に耐熱性接着剤などで固定したのち、感熱保護スイッチ装置４２をその凹部７６にＩＣ素子１１０が収納されるようにして配線基板１１２の図略のランドに第１取付端子８０及び第２取付端子８４を導電性接着剤などにより接続して表面実装することで構成したものである。

ここで、保護回路基板２６を構成する配線基板１１２は、その表面の両端部に二次電池２０の正極端子２２及び負極端子２３に接続するための第１取付電極１１４及び第２取付電極１１６が配設されると共に、裏面に第１外部端子Ｔ１及び第２外部端子Ｔ２が配設され、感熱保護スイッチ装置４２、ＩＣ素子１１０、第１取付電極１１４、第２取付電極１１６、第１外部端子Ｔ１及び第２外部端子Ｔ２を結線するための図略の配線パターンが配設されたものである。

このように構成された保護回路基板２６は、感熱保護スイッチ装置４２における第１支持部材７０及び第２支持部材７２間の凹部７６が外部に通じる開放状とされているため、ヒータ４８を含むＩＣ素子１１０を配線基板１１２に実装した後で、ヒータ４８を含むＩＣ素子１１０の実装とは独立して感熱保護スイッチ装置４２を配線基板１１２に実装することができる。このため、感熱スイッチ素子と加熱体とを配線基板に一体的に組み込む図１３に示す構造のものに比べて保護回路基板２６の組み立てが容易になると共に、配線基板１１２の構造が複雑化することもないので保護回路基板２６の小型化を促進することができ、これにより電池パック１０の小型化も促進することができるという利点を有する。

また、この保護回路基板２６では、ＩＣ素子１１０が感熱保護スイッチ装置４２を除いた部分を半導体集積回路化したものであるので、配線基板１１２に実装する部品の配置スペースを削減することができる結果、保護回路基板２６の小型化をより促進することができ、これにより電池パック１０の小型化をより促進することが可能となる。なお、この場合、ヒータ４８を含むＩＣ素子１１０がバイメタルスイッチ６６を加熱する加熱体を兼ねることになる。すなわち、バイメタルスイッチ６６は、ヒータ４８からの発生熱とヒータ４８を除くＩＣ素子１１０からの発生熱とにより加熱されることになる。

図７は、図６に示す保護回路基板２６を用いて図１に示す電池パック１０を構成する場合の二次電池２０に対する保護回路基板２６の配置構成と、二次電池２０と保護回路基板２６との電気的接続関係を概念的に示す図で、二次電池２０を収納するケース１８と保護回路基板２６を収納するケース２４とを取り除いて示す図である。

すなわち、二次電池２０を収納した図略のケース１８に保護回路基板２６を収納した図略のケース２４を嵌合することにより、保護回路基板２６が感熱保護スイッチ装置４２などを実装した側を二次電池２０に対向するように配置され、保護回路基板２６の第１取付電極１１４と二次電池２０の負極端子２３とが接続端子３０（図１）により接続されると共に、第２取付電極１１６と二次電池２０の正極端子２２とが接続端子１１８により接続され、第１外部端子Ｔ１及び第２外部端子Ｔ２をケース２４の窓部２８（図１）に露出させることで電池パック１０が構成される。なお、二次電池２０と保護回路基板２６との空隙部などに絶縁樹脂をモールドすることも可能である。このように、絶縁樹脂をモールドする場合には、感熱保護スイッチ装置４２のカバー体６８は密封構造とすることが好ましい。

図８は、図１に示す電池パック１０の電気的構成の他例を示す回路図である。この構成例は、二次電池２０の正極端子２２と感熱保護スイッチ装置４２との間に温度ヒューズ１２０を設けて保護回路４０を構成したものであり、その他の構成は図２に示すものと同一である。このため、共通する構成部材については同一の符号を付与することで詳細な説明を省略する。すなわち、この構成例は、バイメタルスイッチ６６を構成する可動接点部材８６の可動接点９２が第１接点７８に焼き付くなどした場合に、ヒータ４８及び可動接点部材８６に生成される発生熱により温度ヒューズ１２０を溶断させて回路を遮断するようにしたものである。

図９は、感熱保護スイッチ装置４２が実装された図８に示す回路構成になる保護回路基板２６を用いて構成した図１に示すものとは異なる構造の電池パック１２２を示す図である。この構成例では、電池パック１２２は、図２に示す二次電池２０の正極端子２２と感熱保護スイッチ装置４２との間に温度ヒューズ１２０を介挿したものであり、絶縁材料からなる開口を有するケース１２６に二次電池２０が正極端子２２を開口側に向くようにして収納され、ケース１２６の開口に保護回路基板２６の感熱保護スイッチ装置４２を嵌め込んだ状態で保護回路基板２６をケース１２６に取り付けて構成されたものである。

この実施形態における保護回路基板２６は、第１外部端子Ｔ１及び第２外部端子Ｔ２の取り付け構成を除いては図６に示すものと基本的に同様の構成になるものである。すなわち、この実施形態では、第１外部端子Ｔ１が配線基板１１２の側面に配設された金属スペーサ１２８を介して感熱保護スイッチ装置４２の第２取付端子８４に接続された金属板により構成されると共に、第２外部端子Ｔ２が配線基板１１２の表面端縁に取り付けられ、配線基板１１２の側面で屈曲されて配線基板１１２の裏面にまで延設された金属板により構成されたもので、温度ヒューズ１２０が二次電池２０の正極端子２２と感熱保護スイッチ装置４２の第１配線導体６２との間に接続されると共に、二次電池２０の負極端子２３と第２外部端子Ｔ２とが金属導体１３０により接続されたもので、これにより電池パック１２２が構成されたものである。

この構成になる電池パック１２２においても、図５及び図７に示す電池パック１０と同様に、感熱スイッチ素子と加熱体とを配線基板に一体的に組み込む図１３に示す構造のものに比べて小型化の促進された保護回路基板２６を用いていることから、小型化が促進されて取り扱いの容易なものとなる。なお、これまでの構成例と同様に、二次電池２０と保護回路基板２６との空隙部などに絶縁樹脂をモールドすることも可能である。このように、絶縁樹脂をモールドする場合には、感熱保護スイッチ装置４２のカバー体６８は密封構造とすることが好ましい。

本発明に係る感熱保護スイッチ装置４２は、上記実施形態のように、フレーム体６０における第１支持部材７０及び第２支持部材７２間の凹部７６が外部に通じる開放状とされているため、ヒータ４８あるいはＩＣ素子１１０を配線基板９６、１１２に実装した後で、加熱体であるヒータ４８あるいはＩＣ素子１１０の実装とは独立して感熱保護スイッチ装置４２を配線基板９６、１１２に実装することができる。このため、感熱スイッチ素子と加熱体とを配線基板に一体的に組み込む図１３に示す構造のものに比べて保護回路基板２６の組み立てが容易になると共に、配線基板９６の構造が複雑化することもないので保護回路基板２６の小型化を促進することができ、これにより電池パック１０、１２２の小型化も促進することができる。

なお、本発明に係る感熱保護スイッチ装置４２は、上記実施形態のものに限定されるものではなく、以下に述べるような種々の変形態様を必要に応じて採用することができる。

（１）上記実施形態では、感熱保護スイッチ装置４２は、カバー体６８を備えたものであるが、これに限るものではない。例えば、バイメタルスイッチ６６を外圧や塵埃などから保護する必要がない場合などでは、カバー体６８を除去した構成とすることもできる。

（２）上記実施形態では、感熱保護スイッチ装置４２は、フレーム体６０における連結部材７４の裏面側の第１支持部材７０及び第２支持部材７２間に凹部７６を形成し、この凹部７６を外部に通じる開放状としたものであるが、これに限るものではない。例えば、図１０に示すように、連結部材７４の裏面と第１支持部材７０及び第２支持部材７２の各裏面とが面一となるようにフレーム体６０を構成し、このフレーム体６０の裏面側の少なくとも第１支持部材７０及び第２支持部材７２間に何らの構成物も存在しない構成とすることもできる。

このように構成した場合では、図１１に示すように、感熱保護スイッチ装置４２を実装する配線基板１４０に陥没部１４２を構成し、この陥没部１４２にヒータ４８（あるいは、ＩＣ素子１１０）を配設した状態で感熱保護スイッチ装置４２を第１支持部材７０及び第２支持部材７２間が陥没部１４２に対向するように配置して配線基板１４０に実装するようにすればよい。要は、フレーム体６０の裏面側が第１支持部材７０及び第２支持部材７２間を介してバイメタルスイッチ６６などの感熱スイッチ素子を加熱する加熱体であるヒータ４８あるいはＩＣ素子１１０を配設可能にする開放状とされておればよい。

（３）上記実施形態では、感熱保護スイッチ装置４２は、回路に過大な放電電流が流れた場合に可動接点部材８６の可動接点９２と第１接点７８との間の接触抵抗により生成されるジュール熱によりバイメタルスイッチ６６を作動させるものであるが、これに限るものではない。例えば、感熱保護スイッチ装置４２は、回路に過剰な充電電流が流れる場合にだけ作動するようにしたものであってもよい。

（４）上記実施形態では、感熱保護スイッチ装置４２が可動接点部材８６及びバイメタル素子８８からなるバイメタルスイッチ６６を用いて構成されたものであるが、これに限るものではない。例えば、可動接点部材８６をバイメタルで構成することも可能である。こうした場合、バイメタル素子８８は不要となるため、連結部材７４は必ずしも必要としない。

（５）上記実施形態では、感熱保護スイッチ装置４２がバイメタルスイッチ６６を用いて構成されたものであるが、これに限るものではない。例えば、感熱スイッチ素子であるバイメタルスイッチ６６に代え、所定の温度に達したときに急激に抵抗値が増大するポリマー系のＰＴＣサーミスタ素子（正特性サーミスタ素子）などの他の感熱スイッチ素子を用いることもできる。このように、バイメタルスイッチ６６に代えてＰＴＣサーミスタ素子を用いる場合で過大な放電電流が流れた場合には、ＰＴＣサーミスタ素子の自己加熱によりＰＴＣサーミスタ素子が高抵抗値となることで実質的に回路をオフにすることができる。なお、ＰＴＣサーミスタ素子を用いる場合には、その一対の端子を第１接点（第１接続点）７８及び第２接点（第２接続点）８２に接続するだけで保持されるので、このような場合には連結部材７４は必要としない。

（６）上記実施形態では、二次電池２０に流れる過剰な充電電流や過大な放電電流が流れた場合に充放電回路をオフにする保護回路４０として図２あるいは図８の構成のものを示しているが、これに限るものではない。例えば、保護回路４０として、バイメタルスイッチ６６のチャタリングを防止するための回路などを付加することもできる。

（７）上記実施形態では、感熱保護スイッチ装置４２は、電池パック１０、１２２を構成する保護回路４０に用いるものとして説明しているが、これに限るものではない。例えば、電池パック１０、１２２以外の電気部品の保護回路を構成するものとして用いることもできることはいうまでもない。

（８）上記実施形態では、感熱保護スイッチ装置４２は、第１取付端子８０及び第２取付端子８４を外方に屈曲することで配線基板に表面実装可能としたものであるが、これに限るものではない。例えば、第１取付端子８０を第１支持部材７０の裏面側に屈曲させると共に、第２取付端子８４を第２支持部材７２の裏面側に屈曲させることで配線基板に表面実装可能としてもよい。

（９）上記実施形態では、感熱保護スイッチ装置４２は、第１取付端子８０及び第２取付端子８４を表面実装可能な構成としたものであるが、これに限るものではない。例えば、第１取付端子８０及び第２取付端子８４をアキシャル状に構成し、配線基板の取付孔に挿入して実装する構成とすることもできる。

本発明に係る感熱保護スイッチ装置は、配線基板への実装を加熱体の実装とは独立して行うことができることから配線基板の構造を簡略化することができ、保護回路基板を構成するうえで有用なものとなる。

本発明に係る感熱保護スイッチ装置を用いた電池パックの概略構成を示す外観分解斜視図である。図１に示す電池パックの電気的構成の一例を示す回路図である。本発明に係る感熱保護スイッチ装置の具体的構成の一例を示す要部断面図である。図３に示す感熱保護スイッチ装置を用いて保護回路を配線基板上に構成してなる保護回路基板の側面図である。図４に示す保護回路基板を用いて電池パックを構成する場合の二次電池に対する保護回路基板の配置構成と、二次電池と保護回路基板との電気的接続関係とを概念的に示す図である。図３に示す感熱保護スイッチ装置を用いると共に、保護回路のうちの感熱保護スイッチ装置のみ除いた部分を半導体集積回路化したＩＣ素子を用い、これらを配線基板上に実装して構成した保護回路基板の側面図である。図６に示す保護回路基板を用いて電池パックを構成する場合の二次電池に対する保護回路基板の配置構成と、二次電池と保護回路基板との電気的接続関係を概念的に示す図である。電池パックの電気的構成の他励を示す回路図である。本発明に係る感熱保護スイッチ装置を用いた図１とは異なる構成の電池パックの概略構成を示す図である。本発明に係る感熱保護スイッチ装置の具体的構成の他例を示す要部断面図である。図１０に示す感熱保護スイッチ装置の配線基板への取付構成を説明するための図である。従来の電池パックの電気的構成の一例を示す回路図である。感熱スイッチ素子と加熱体とを配線基板に組み込んで構成した保護回路基板の部分図である。

符号の説明

１０、１２２電池パック
４８ヒータ
６０フレーム体
６２第１配線導体
６４第２配線導体
６６バイメタルスイッチ（感熱スイッチ素子）
６８カバー体
７０第１支持部材
７２第２支持部材
７４連結部材
７８第１接点（接点）
８２第２接点（接点）
８０第１取付端子（取付端子）
８４第２取付端子（取付端子）
８６可動接点部材
８８バイメタル素子

Claims

加熱体により加熱されることで回路をオフにする感熱保護スイッチ装置であって、
所定間隔をおいて配置された第１支持部材及び第２支持部材を有するフレーム体と、
このフレーム体の第１面側における第１支持部材上に配設されて接点を構成すると共に、当該接点から延設されることで第１取付端子を構成する第１配線導体と、
前記フレーム体の第１面側における第２支持部材上に配設されて接点を構成すると共に、当該接点から延設されることで第２取付端子を構成する第２配線導体と、
前記第１配線導体及び前記第２配線導体の各接点間に跨って配設され、加熱体により加熱された場合に各接点間をオフにする感熱スイッチ素子とから構成され、
前記フレーム体は、第１支持部材及び第２支持部材間を、前記第１面及び前記第１面に対向する第２面との間の中間部において連結すると共に、前記バイメタル素子を前記第１面側に配設する連結部材を備え、
前記フレーム体は、前記第２面側が各支持部材間を介して前記感熱スイッチ素子を加熱するための加熱体を配設可能にする開放状とされ、
前記第１取付端子は、前記第１支持部材の前記第２面と面一になるように、前記第２面位置で外方に屈曲され、
前記第２取付端子は、前記第２支持部材の前記第２面と面一になるように、前記第２面位置で外方に屈曲されたことを特徴とする感熱保護スイッチ装置。
前記感熱スイッチ素子は、前記各接点間に跨って配設された可動接点部材と、加熱体により加熱された場合に前記可動接点部材に作用して前記各接点間をオフにするバイメタル素子とを備えることを特徴とする請求項１記載の感熱保護スイッチ装置。
前記フレーム体は、前記連結部材を第１支持部材及び第２支持部材の第１面及び第２面間における中間部に形成することで当該連結部材の第２面側に凹部が形成され、この凹部が前記感熱スイッチ素子を加熱するための加熱体を配設可能にする開放状とされたことを特徴とする請求項２記載の感熱保護スイッチ装置。
前記フレーム体の第１面側に前記感熱スイッチ素子を覆うカバー体を備えたことを特徴とする請求項１乃至３のいずれかに記載の感熱保護スイッチ装置。
前記フレーム体は、第１支持部材と第２支持部材とを配線基板で固定することによって構成されていることを特徴とする請求項１乃至４のいずれかに記載の感熱保護スイッチ装置。
第１外部端子及び第２外部端子を有する電池パックであって、負荷装置に対し電力を供給するための二次電池と、この二次電池を保護するためのもので、請求項１乃至５のいずれかに記載の感熱保護スイッチ装置を用いて構成した保護回路とを備えたことを特徴とする電池パック。
前記保護回路は、前記二次電池の正極端子と前記第１外部端子との間に前記感熱保護回路スイッチ装置が配設されたものであり、前記二次電池が過剰に充電されたことを検出する過充電検出回路と、この過充電検出回路の検出信号によりオンオフ制御されるスイッチ素子と、前記二次電池が過剰に充電された場合に前記スイッチ素子がオンにされて通電されることで前記感熱保護回路スイッチ装置における感熱スイッチ素子を加熱するヒータとを備えたことを特徴とする請求項６記載の電池パック。
前記保護回路を構成する過充電検出回路、スイッチ素子及びヒータを半導体集積回路により構成したことを特徴とする請求項７記載の電池パック。
前記感熱保護回路スイッチ装置における感熱スイッチ素子を加熱する加熱体は、前記半導体集積回路であることを特徴とする請求項８記載の電池パック。