JP6483524B2 - 保護素子、二次電池の保護回路、電池パックおよび電池状態管理システム - Google Patents

Description

本発明は、例えばリチウムイオン二次電池を使用した電池装置に適用される保護素子、二次電池の保護回路、電池パックおよび電池状態管理システムに関する。

スマートフォン等のモバイル機器、電動工具の電源、電気自動車の電源等として、リチウムイオンのドープ・脱ドープを利用したリチウムイオン二次電池（以下、リチウムイオン電池と適宜称する）が使用されている。リチウムイオン電池は、リチウム複合酸化物を用いた正極活物質層が正極集電体上に形成された正極と、リチウムをドープ・脱ドープ可能な例えばグラファイトや難黒鉛化性炭素材料等の炭素系材料を用いた負極活物質層が負極集電体上に形成された負極とを有している。この正極および負極はセパレータを介して積層され、屈曲または巻回されて電池素子とされる。この電池素子は、リチウム塩を非プロトン性有機溶媒に溶解させてなる非水電解液とともに、例えば金属缶やラミネートフィルムに収容されて電池セルが構成されている。上述した電子機器の電源を構成する場合には、１または複数の電池セルが直列および／または並列に接続される。

リチウムイオン電池の過充電、過放電または過電流を阻止するために保護素子が必要とされる。従来、二次電池装置等に搭載される保護素子は、過電流のみならず、過電圧防止機能も有するものが使用されている。この保護素子は、基板上に発熱体と低融点金属体から成る可溶導体が積層され、過電流により可溶導体が溶断されるように形成されていると共に、過剰充電電圧または過剰放電電圧が生じた場合に電池制御部からの外部信号によりスイッチング素子がオンし、保護素子内の発熱体に通電され、発熱体の熱によって可溶導体が溶断されるものである。

しかしながら、実際に保護素子が動作したかどうかを確認するために、保護素子のケースを開けて中を目視する必要があった。そのための作業が面倒であり、さらに、保護素子が動作したことを迅速に知ることができない問題が生じる。

保護素子が動作したことを検知して無線で通知するシステムとして、特許文献１に記載のものが提案されている。具体的には、窓ガラスにＩＣタグを組み込んだセンサを貼り付けておき、窓ガラスが割れたことをセンサによって検知して異常を知らせる信号を発生し、この信号を無線集端装置が受信して、さらに、無線集端装置が公衆網、インターネット網を通じて本人、責任者の携帯電話、情報機器に送信するものである。

特許文献２には、ワイヤレスタイヤ空気圧センサが送信した送信信号をＥＣＵ（Engine Control Unit）が受信する場合、車輪速センサを接続しているワイヤーハーネスをアン
テナとして受信することが記載されている。

特開２００８−１２３４６８号公報 特許第３３７０８９９号明細書

特許文献１に示される検知方法では、ＲＦＩＤ(Radio Frequency Identification)と検知センサを一体化し、窓ガラスの破損、破壊を検知すると、ＲＦＩＤの通信機能を使用して破損、破壊の情報を無線集端装置に送信し、無線集端装置が屋内アンテナを使用してこの情報を受信するようにしている。特許文献１に記載のものは、窓ガラスの破損を検出するためのセンサを使用しており、上述したように、電流経路を遮断することが必要とされる電池の保護素子としては使用できない。特許文献２に記載のものも、ワイヤレスタイヤ空気圧センサの信号を伝送し、受信側（ＥＣＵ）がケーブルをアンテナとして使用して信号を受信するものであり、電流経路を遮断することが必要とされる電池の保護素子としては使用できないものである。

したがって、本発明の目的は、電池の電流遮断用の保護素子として使用でき、アンテナの機能を有する保護素子、保護素子を使用する二次電池の保護回路、保護回路を有する電池パックおよび電池状態管理システムを提供することにある。

本発明は、絶縁体上に形成された第１の電極、第２の電極、第３の電極および第４の電極と、
第１の電極および第２の電極と接続された第１の可溶導体と、
第３の電極に給電側の一端側が接続された導体と、
導体の他端側と高周波的に接地される第４の電極との間に配置された第２の可溶導体と、
第１および第２の可溶導体を加熱する発熱体とを備え、
第１の可溶導体よりも第２の可溶導体が先に溶断して導体がアンテナとしての機能を持つようにした保護素子である。

本発明は、絶縁体上に形成された第１の電極、第２の電極、第３の電極および第４の電極と、第１の電極および第２の電極と接続された第１の可溶導体と、第３の電極に一端側が接続された導体と、導体の他端側と高周波的に接地される第４の電極との間に配置された第２の可溶導体と、第１および第２の可溶導体を加熱する発熱体とを備え、第１の可溶導体よりも第２の可溶導体が先に溶断して導体がアンテナとしての機能を持つようにした保護素子と、
少なくとも１以上の二次電池を有し、電流経路中に保護素子の第１の可溶導体が挿入された電池部とを備え、
第１の可溶導体が過大な電流によって溶断する前に、第２の可溶導体が溶断して導体をアンテナとして使用して無線通信によって信号を送信するようにした二次電池の保護回路である。

本発明は、少なくとも１以上の二次電池を含む電池部と、保護素子および制御回路が実装される配線基板とがケースに収納される電池パックであって、
保護素子は、
絶縁体上に形成された第１の電極、第２の電極、第３の電極および第４の電極と、第１の電極および第２の電極と接続された第１の可溶導体と、第３の電極に一端側が接続された導体と、導体の他端側と高周波的に接地される第４の電極との間に配置された第２の可溶導体と、第１および第２の可溶導体を加熱する発熱体とを備え、第１の可溶導体よりも第２の可溶導体が先に溶断して導体がアンテナとしての機能を持つようにされ、
電池部の電流経路中に保護素子の第１の可溶導体が挿入され、
第１の可溶導体が過大な電流によって溶断する前に、第２の可溶導体が溶断して導体をアンテナとして使用して無線通信によって信号を送信するようにした電池パックである。

本発明は、絶縁体上に形成された第１の電極、第２の電極、第３の電極および第４の電極と、第１の電極および第２の電極と接続された第１の可溶導体と、第３の電極に一端側が接続された導体と、導体の他端側と高周波的に接地される第４の電極との間に配置された第２の可溶導体と、第１および第２の可溶導体を加熱する発熱体とを備え、第１の可溶導体よりも第２の可溶導体が先に溶断して導体がアンテナとしての機能を持つようにした保護素子と、
少なくとも１以上の二次電池を有し、電流経路中に保護素子の第１の可溶導体が挿入された電池部とを備え、
第１の可溶導体が過大な電流によって溶断する前に、第２の可溶導体が溶断して導体をアンテナとして使用して無線通信ユニットが信号を送信するようにした電池装置と、
電池装置の無線通信ユニットからの信号を受信する送受信装置と
を備える電池状態管理システムである。

本発明の少なくとも一つの実施の形態によれば、異常によって第１の可溶導体が溶断する場合に、常に第１の可溶導体より先に第２の可溶導体が溶断して導体をアンテナとして機能させ、信号を無線送信することができる。無線通信のために必要なアンテナを保護素子と一体化でき、部品点数を少なくできる。さらに、第１の可溶導体が溶断していない段階で、異常状態または異常に近い状態が発生したことを離れた場所で知ることができ、確実に異常を検知することができる。さらに、第１の可溶導体が溶断する場合にのみ、電波を放射するので、常時、電波を放射する方式と比較して電力消費を少なくでき、放射される不要な電波も少なくできる。なお、ここに記載された効果は必ずしも限定されるものではなく、本明細書中に記載されたいずれかの効果であっても良い。また、以下の説明における例示された効果により本発明の内容が限定して解釈されるものではない。

電池パックの保護回路の一実施の形態のブロック図である。 通信モジュールの構成の一例を示すブロック図である。 電池状態管理システムの一実施の形態のブロック図である。 保護素子の説明に使用するブロック図である。 動作前の保護素子の一例の平面図および断面図である。 動作後の保護素子の平面図および断面図である。 動作前の保護素子の回路図および動作後の保護素子の回路図である。 保護素子の他の例の動作前の断面図および動作後の断面図である。

以下、本発明の実施の形態について説明する。なお、以下に説明する実施の形態は、本発明の好適な具体例であり、技術的に好ましい種々の限定が付されているが、本発明の範囲は、以下の説明において、特に本発明を限定する旨の記載がない限り、これらの実施の形態に限定されないものとする。

＜１．一実施の形態＞
「電池パック」
図１を参照して本発明を適用可能な電池パックの一例について説明する。電池パック１は、二次電池例えばリチウムイオン二次電池の電池セルＢＴ１，ＢＴ２，ＢＴ３およびＢＴ４（これらの電池を特に区別する必要がない場合には，電池セルＢＴと総称する）が直列接続された電池部を有する。一つの電池当たりの満充電電圧が例えば４．２Ｖのリチウムイオン電池を用いた場合、この一実施形態の電池パック１の満充電電圧が１６．８Ｖとなる。

電池部の＋側が電流遮断素子としてのアンテナ付保護素子２の端子ｔ１と接続される。アンテナ付保護素子２の端子ｔ２がスイッチング素子例えばＦＥＴ(Field Effect Transistor)３ａおよび３ｂを通じて＋側端子として導出される。アンテナ付保護素子２は、後
述するように、アンテナとして機能する導体が設けられた保護素子である。導体は、端子ｔ３およびｔ４間に第２の可溶導体を介して接続されている。

電池部の−側が−側端子として導出される。電池パック１の充電時には、電池パック１の＋側端子が充電器２１の＋側出力端子と接続され、電池パック１の−側端子が充電器２１の−側出力端子と接続される。放電時には、電池パック１の＋側端子および−側端子に対して負荷が接続される。

充電時には、電池パック１と充電器２１との間で認証処理がなされる。例えば相互認証によって互いに相手が正規の電池パックおよび正規の充電器であることが確認される。認証が成立すると充電装置によって通常のリチウムイオン二次電池に対するのと同様の充電動作がなされる。電池パック１に負荷が接続される放電時には、電池パック１の電池セルＢＴの電圧が所定電圧以上であることが確認される。所定電圧以上であると、電池パック１からの放電が開始される。

電池セルＢＴのそれぞれの電圧が制御部４によって測定される。制御部４は、測定された各電池セルの電圧を基準電圧と比較する比較器を有し、電池セルＢＴのそれぞれの電圧が危険と判断されるような過大電圧に達したことを検出することが可能とされている。何れかの電池セルＢＴの電圧が過大電圧に達したことを検出されると、制御部４がスイッチング素子例えばＦＥＴ５に対する制御信号を発生し、ＦＥＴ５をオンとする。

ＦＥＴ５がオンすることによって、後述するように、アンテナ付保護素子２が備えている発熱体に電流が供給され、発熱体の熱によってアンテナ付保護素子２の第１の可溶導体が溶断する。ＦＥＴ５は、発熱体に対する電流供給部として機能する。第１の可溶導体の溶断によって、アンテナ付保護素子２が充電電流を遮断し、過充電状態からさらに充電が進んで、過熱等の危険な状態となることが防止される。後述するように、第１の可溶導体が溶断する前に、第２の可溶導体が溶断して導体がアンテナとして機能するようになる。したがって、アンテナ付保護素子２によって、異常状態が生じたことを外部に無線通信で知らせることができる。

ＦＥＴ３ａおよび３ｂは、制御部６によって制御される。制御部６は、簡略化されているが、電池パック１の＋側端子および−側端子間の電圧、並びに充放電電流を検出し、過充電、過放電、過電流に対して電池パック１を保護するようになされている。制御部６は、例えばマイクロコンピュータにより構成されている。電圧および電流の測定は所定の頻度で自動的に行われる。制御部６による保護動作は、電池セルＢＴの全体の電圧および電流に関してなされるのに対して、制御部４による保護動作は、各電池セルＢＴの電圧に関してなされる。

ＦＥＴ３ａは、例えば充電電流のオン／オフのために接続されており、ＦＥＴ３ｂは、例えば充電電流のオン／オフのために接続されている。図示を省略しているが、充電制御用ＦＥＴ３ａと並列に放電電流を流す方向の極性のダイオードが接続され、放電制御用ＦＥＴ３ｂと並列に充電電流を流す方向の極性のダイオードが接続されている。例えば過充電を防止するためには、充電制御ＦＥＴ３ａがオフとされ、充電電流が遮断される。この場合でも、ダイオードおよび放電制御ＦＥＴ３ｂ（オン）を通じて放電電流が流れることが可能である。過放電を防止するためには、放電制御ＦＥＴ３ｂがオフとされ、放電電流が遮断される。この場合でも、ダイオードおよび充電制御ＦＥＴ３ａ（オン）を通じて充電電流が流れることが可能である。

上述したように、ＦＥＴ３ａおよび３ｂを用いて出力のオン／オフを行うことにより電池パックの過充電保護、過放電保護、過電流保護がなされる。しかしながら、何らかの原因でＦＥＴが短絡破壊した場合、雷サージ等が印加されて瞬間的な大電流が流れた場合、あるいは電池セルの寿命によって出力電圧が異常に低下したり、逆に過大異常電圧を出力した場合であっても、電池パックや電子機器は、発火等の事故から保護されなければならない。そこで、このような想定し得るいかなる異常状態においても、電池セルの出力を安全に遮断するために、電流経路を遮断する機能を有するアンテナ付保護素子（遮断素子）２が用いられている。

「通信ユニット」
上述した電池パック１に対して無線通信を行うための通信ユニット１１が接続される。例えば電池パック１が有する制御基板上に通信ユニット１１が実装される。通信ユニット１１は、通信モジュール１２を有する。通信モジュール１２が整合回路１３およびコンデンサ１４を介してアンテナ付保護素子２の端子ｔ３に対して接続される。通信ユニット１１に対して電源電圧＋Ｖｃｃが供給される。例えば通信ユニット１１に対する電源電圧＋Ｖｃｃは、電池パック１の電池セルＢＴから形成される。充電器２１の出力電圧から電源電圧＋Ｖｃｃを形成してもよい。さらに、別個の電池電源、太陽電池等を使用するようにしてもよい。

整合回路１３は、通信ユニット１１とアンテナとの間の整合をとるために設けられている。後述するように、アンテナ付保護素子２の端子ｔ４は、高周波的に接地とされ、アンテナ付保護素子２は、第２の可溶導体が溶断すると、アンテナを構成する導体が絶縁基板上に形成されている。通信ユニット１１は、アンテナが構成されると、所定の信号をこのアンテナを通じて無線送信する。

通信モジュール１２の一例について図２を参照して説明する。通信モジュール１２は、無線通信のための通信部１５と、通信機能、記憶媒体の読み書き動作を制御する制御部としてのマイクロプロセッサ（以下、ＣＰＵ(Central Processing Unit) と称する）１６と、相手先の識別情報ＩＤを記憶する記憶媒体１７と、自身のＩＤを記憶する記憶媒体１８とを有している。記憶媒体１７および１８が例えば書き込み可能な不揮発性メモリによって構成されている。

ＣＰＵ１６は、ＲＡＭ(Random Access Memory)、ＲＯＭ(Read Only Memory)などを含み、ＲＯＭに記憶されたプログラムを実行することにより、通信モジュール１２の各部を統括的に制御する。記憶媒体１７に記憶されている相手先の識別情報ＩＤは、後述する電池状態管理システムのコントロールユニット（送受信装置）のＩＤである。記憶媒体１８に記憶されている自身の識別情報ＩＤは、電池パック１を識別するＩＤである。例えば車載用の電池装置のように、多数の電池セルまたは電池パックを使用する場合に、アンテナ付アンテナ付保護素子が動作した電池セルまたは電池パックをＩＤから特定することができる。

通信ユニット１１およびコントロールユニット間では、所定の無線通信方式で双方向通信を行う。通信方式としては、例えばＩＥＥＥ(Institute of Electrical and Electronics Engineers)８０２．１５．４等を使用できる。ＩＥＥＥ８０２．１５．４は、ＰＡＮ(Personal Area Network) またはＷ(Wireless)ＰＡＮと呼ばれる短距離無線ネットワーク
規格の名称である。この規格の通信レートは、数１０ｋ〜数１００ｋbps であり、通信距離は、数１０ｍ〜数１００ｍになる。また、通信は、フレームの単位で行われる。

通信方式としては、他の通信方式を使用することができる。すなわち、Ｂｌｕｅｔｏｏｔｈ（登録商標）、Ｗｉ−Ｆｉ等の無線通信規格を利用してもよい。Ｂｌｕｅｔｏｏｔｈ（登録商標）方式は、マルチメディア通信に適用され、一対多接続の通信を行うことができる。

「電池状態管理システム」
図３を参照して、電池状態管理システムの一例について説明する。図３では、上述した構成の電池パック１および通信ユニット１１が一つのみ示されているが、好ましくは、複数の電池パックおよび通信ユニットを管理するようになされる。

電池状態管理システムにおける基地局としての機能を有するコントロールユニット３０は、通信ユニット３１、コントローラ３６、表示装置３７および記憶部３８を有する。通信ユニット３１は、上述した電池パック１の通信ユニット１１と同様に、通信モジュール３２、整合回路３３、コンデンサ３４を有し、アンテナ３５を通じて電池パック１側の通信ユニット１１と無線通信することが可能とされている。

コントローラ３６は、コントロールユニット３０の全体を制御する。表示装置３７は、液晶、有機ＥＬ(Electroluminescence)等のディスプレイであり、表示装置３７には、電
池状態等の表示がなされる。記憶部３８には、管理対象の電池パックの状態の履歴等が記憶されている。なお、コントロールユニット３０は、新たな装置として設計するのに限らず、既存のモバイル機器（スマートフォン、携帯型パーソナルコンピュータ等）に対して、ソフトウェアを追加することによって実現するようにしてもよい。

電池部の各電池セルＢＴの電圧値が正常な範囲である場合には、導体の一端がスイッチＳＷを介して高周波的に接地されている。したがって、アンテナ付保護素子２において、図４Ａに示すように、アンテナが構成されず、通信ユニット１１は通信を行うことができない。一方、電池セルＢＴの電圧が過大となってアンテナ付保護素子２の第２の可溶導体が溶断した後では、図４Ｂに示すように、スイッチＳＷがオフとなり、アンテナ１９が構成される。したがって、通信ユニット１１がアンテナ１９を通じてコントロールユニット３０の通信ユニット３１と双方向無線通信を行うことができる。

通信方法の一例について説明する。コントロールユニット３０の通信ユニット３１から電池パック１の通信ユニット１１に対して問い合わせを送信し、通信ユニット１１からの応答を通信ユニット３１が受け取るようになされる。電池パック１の通信ユニット１１が所定の時間間隔でもって、コントロールユニット３０のＩＤと自身のＩＤとを含む送信データを送信しようとする。アンテナ付保護素子２の第２の可溶導体が溶断する前では、アンテナが形成されていないので、電波として送信データを放射することができない。この場合では、コントロールユニット３０の通信ユニット３１は、問い合わせに対する応答を受け取ることができない。

一方、アンテナ付保護素子２の第２の可溶導体が溶断した後では、アンテナが形成されるので、通信ユニット１１が電波として送信データを放射することができる。コントロールユニット３０の通信ユニット３１は、電池パック１の通信ユニット１１からの送信データを受信できた場合には、電池パック１のアンテナ付保護素子２の第２の可溶導体が溶断したものと判定することができる。

受信したデータ中には、電池パック１のＩＤが含まれているので、管理対象の複数の電池パックの中で、アンテナ付保護素子２が動作した電池パック１を特定することができる。コントロールユニット３０では、例えば表示装置３７によって、ＩＤで示される電池パック１のアンテナ付保護素子２の第２の可溶導体が溶断したことを表すメッセージ等の表示がなされる。コントロールユニット３０の表示装置３７を見ることによって、管理者等がアンテナ付保護素子２の第２の可溶導体が溶断したことを知ることができ、当該電池パックを不良と判定し、電池パック１を交換する等の対処を行うことができる。

さらに、コントロールユニット３０は、電池パック１の通信ユニット１１からのデータを正常に受信すると、アクノリッジ(acknowledge)を通信ユニット１１に対して返信する
ようになされる。したがって、通信ユニット１１は、コントロールユニット３０からのアクノリッジを受け取ったか否かを判定することによって、送信データを送信できたかどうかを判定できる。送信できたことを知ると、通信モジュール１２の不揮発性メモリにアンテナ付保護素子２の第２の可溶導体が溶断した年月日時刻等の情報を記憶した後に、通信ユニット１１の電源をオフとするか、スタンバイ状態とする。さらに、電池パック１が表示用素子を備えている場合には、表示用素子を駆動してアンテナ付保護素子２の動作状態を表示するようにしてもよい。

「アンテナ付保護素子の構造」
以下、アンテナ付保護素子２の一例について説明する。アンテナ付保護素子２は、従来の保護素子と同様の構造を有する。図５Ａは、絶縁カバー５５を取り付ける前の状態の平面図であり、図５Ｂは、絶縁カバー５５で覆った状態の平面図である。アンテナ付保護素子２の縦断面図（図５ＢのＡ−Ａ’線断面図）を図５Ｃに示す。

絶縁基板であるベース基板４０上または絶縁層４９上に第１の電極４１、第２の電極４２、第３の電極５１、第４の電極５２および第５の電極４３が形成される。ベース基板４０上に発熱体４８が設けられ、発熱体４８上に絶縁層４９を介して第５の電極４３が形成されている。

電極４１、電極４２、電極５１および電極５２がベース基板４０上に形成され、電極４３が絶縁層４９上に形成される。電極４１、電極４２および電極４３間を跨がるように、第１の可溶導体（ヒューズ）４７が配置される。電極４１と可溶導体４７とが半田４４によって接続され、電極４２と可溶導体４７とが半田４５によって接続され、電極４３と可溶導体４７とが半田４６によって接続される。

ベース基板４０上に第３の電極５１および第４の電極５２が設けられる。電極５１に対して凹凸状にベース基板４０上に形成された導体５３の一端側が接続される。導体５３の他端側が電極５６と接続される。この電極５６の近傍に、電極５６と離間して電極５７が設けられ、電極５６および電極５７間に第２の可溶導体５４が接続される。電極５７は、高周波的に接地された電極５２と接続されている。したがって、可溶導体５４が溶断しない場合には、導体５３がアンテナとして機能せず、可溶導体５４が溶断すると、導体５３がアンテナとして機能するようになる。

導体５３は、半田合金あるいは半田組成物の粉状体を樹脂バインダ等と混合して、ペースト状にしたものをベース基板４０上にスクリーン印刷技術を用いてパターン形成して、焼成する等によって形成される。導体５３を凹凸状のパターンとすることによって、限られたスペースに所定の長さのパターンを形成することができる。但し、導体５３のかかる形状は一例であって、アンテナとして所望の特性が得られるのであれば、直線状のパターンでもよく、また、板状のパターンでもよい。例えば導体５３がモノポールアンテナとして機能する場合に、その長さは、λ／４とされている。導体５３は、誘電体（ベース基板４０）上に形成されているので、導体５３の長さは、λ／４より短いものとすることが可能である。さらに、誘電体によって導体を挟み込む構成としてもよい。

さらに、ベース基板４０の全体の表面を覆うように絶縁カバー５５が設けられる。絶縁カバー５５は、例えば熱可塑性プラスチック、セラミックス、ガラスエポキシ基板等の絶縁性を有する部材を用いて形成されている。

第１の電極４１は、図１に示すブロック図中のアンテナ付保護素子２の端子ｔ１に対応し、第２の電極４２は、図１に示すブロック図中のアンテナ付保護素子２の端子ｔ２に対応する。さらに、第３の電極５１は、図１に示すブロック図中のアンテナ付保護素子２の端子ｔ３に対応し、第４の電極５２は、図１に示すブロック図中のアンテナ付保護素子２の端子ｔ４に対応する。第５の電極４３は、例えば絶縁層４９上に形成された電極を通じて発熱体４８の一方の接続用の電極と接続され、発熱体４８の他方の接続用の電極が外部接続用の電極と接続される。外部接続用の電極は、図示しないが、ベース基板４０の例えば裏面に設けられている。

ベース基板４０は、例えばアルミナ、ガラスセラミックス、ムライト、ジルコニアなどの絶縁性を有する部材によって形成される。その他、ガラスエポキシ基板、フェノール基板等のプリント配線基板に用いられる材料を用いてもよい。

発熱体４８は、ベース基板４０の表面に積層され、絶縁層４９によって覆われている。絶縁層４９を介して発熱体４８上に第５の電極４３が形成されている。なお、発熱体４８は、図８Ａに示すように、ベース基板４０の裏面に設けても良い。

発熱体４８は、比較的抵抗値が高く通電すると発熱する部材であって、例えばＷ、Ｍｏ、Ｒｕ等からなる。これらの合金あるいは組成物、化合物の粉状体を樹脂バインダ等と混合して、ペースト状にしたものをベース基板４０上にスクリーン印刷技術を用いてパターン形成して、焼成する等によって形成される。発熱体４８は、第５の電極４３および外部接続用電極と接続されている。

第１の可溶導体４７および第２の可溶導体５４として、発熱体４８の発熱により溶断される金属を用いることができる。例えばＳｎを主成分とするＰｂフリーハンダ等の合金、Ａｇ、Ｃｕ又はこれらを主成分とする合金などを用いることができる。ここで、発熱体４８によって加熱された場合に、第２の可溶導体５４が第１の可溶導体４７より時間的に先に溶断するようになされる。

上述したように、電池パック１の何れかの電池セルＢＴの電圧が過大電圧に達したことを検出されると、制御部４が発生する制御信号によって発熱体４８と直列接続されたＦＥＴ５がオンとされる。ＦＥＴ５がオンすると、発熱体４８に対して電流が流れ、熱が発生する。発熱体４８によって可溶導体４７および５４が加熱される。そして、可溶導体５４が先に溶断して無線通信によって外部に対して遮断動作がなされる可能性が高いことが通知される。さらに、発熱体４８の熱によって可溶導体４７が溶断し、電流経路が遮断され、電池パックの異常状態に対する保護動作がなされる。

可溶導体５４を可溶導体４７より先に溶断させる方法の一つは、両者の融点に差を設けることである。すなわち、可溶導体５４の融点が可溶導体４７の融点より低いものとされる。各可溶導体の組成によって融点を設定することができる。例えば可溶導体４７の融点に対して可溶導体５４の融点を１０％程度低いものとする。第２の方法は、各可溶導体に対する発熱体４８による熱の伝導の程度を異ならせることである。すなわち、各可溶導体と発熱体４８との熱伝導経路を異なるせることによって、溶断の後先の関係を設定する。２次元平面または３次元空間において、各可溶導体と発熱体４８との距離を設定する。或いは、熱伝達経路中に存在する物体の熱伝導率を設定する。第３の方法は、各可溶導体の形状を異ならせることによって、溶断の後先の関係を設定するものである。さらに、これらの第１、第２および第３の方法を２つ以上組合せてもよい。

アンテナ付保護素子２が動作した後、すなわち、可溶導体４７および５４が溶断した後のアンテナ付保護素子２について、図６を参照して説明する。図６Ｂに示すアンテナ付保護素子２の平面図におけるＢ−Ｂ’線断面図を図６Ｃに示す。図６Ａに示すように、溶断した可溶導体（以下、溶融導体と適宜称する）６１が第１の電極４１上に形成され、溶融導体６２が第２の電極４２上に形成され、溶融導体６３が第５の電極４３上に形成される。可溶導体５４の溶断によって、溶融導体６４が電極５６上に形成され、溶融導体６５が電極５７上に形成される。

図６Ａに示すように、第２の可溶導体５４が溶断することによって、導体５３と電極５２との接続が断たれ、導体５３がアンテナとして機能するようになる。したがって、アンテナ（導体５３）によって高周波信号を空間に電波として放射することができるようになる。配線基板上には、通信ユニット１１が実装されており、通信ユニット１１のアンテナ端子（給電端子）が電極５１と電気的に接続されている。

「アンテナ付保護素子の回路構成」
アンテナ付保護素子２を回路構成で表すと、図７に示すものとなる。第１の電極４１および第２の電極４２とにそれぞれ対応する端子をｔ１およびｔ２で表し、第３の電極５１および第４の電極５２とそれぞれ対応する端子をｔ３およびｔ４で表す。さらに、第１の可溶導体４７をヒューズＦ４７で表し、第２の可溶導体５４をヒューズＦ５４で表す。さらに導体５３で構成されるアンテナをＡＮＴ５３で表し、発熱体４８を抵抗Ｒ４８で表す。

アンテナ付保護素子２が動作する前（通常状態）の回路構成を図７Ａに示す。電池パック１（図１参照）の電池部の正極側と、ＦＥＴ３ａとの間の電流経路が端子ｔ１およびｔ２間の経路となる。ヒューズＦ４７およびヒューズＦ５４か溶断しておらず、抵抗Ｒ４８に電流が流れていない。

第３の電極４３が引き出し電極を介して発熱体４８に対応する抵抗Ｒ４８の一端と接続され、抵抗Ｒ４８の他端がＦＥＴ５を介して接地される。ＦＥＴ５は、上述したように、何れかの電池セルＢＴの電圧が過大電圧に達したことが検出されると、制御部４が発生する制御信号によってオンとされる。ＦＥＴ５がオンすると、発熱体４８に対して電流が流れ、熱が発生する。この熱によって、ヒューズＦ５４が溶断する。この状態の回路構成は、図７Ｂに示すものとなる。この状態で、アンテナＡＮＴ５３が動作することができ、通信ユニット１１からの送信信号を電波として放射する。

さらに、発熱体４８の加熱が進むと、ヒューズＦ４７（第１の可溶導体４７）が溶断して、図７Ｃに示すように、電流経路が遮断され、保護動作がなされる。この段階でもアンテナＡＮＴ５３は、アンテナ機能を有している。

なお、発熱体４８は、図８Ａおよび図８Ｂに示すように、ベース基板４０の表面に設ける以外に、ベース基板４０の裏面に設けても良い。図８Ａは、図５Ｃと同様に、可溶導体４７が溶断する前の断面図であり、図８Ｂは、図６Ｃと同様に、可溶導体４７が溶断した後の断面図である。

本発明の一実施の形態によれば、電池部の異常によってアンテナが構成されるアンテナ付保護素子２を実現できる。さらに、アンテナ付保護素子２の第２の可溶導体が溶断したことを外部の送受信装置（コントロールユニット３０）に無線通信によって通知することができる。第１の可溶導体が溶断する場合、常にそれより先に第２の可溶導体が溶断する。これにより、第１の可溶導体の溶断を事前に外部に通信できる。したがって、アンテナ付保護素子２において、可溶導体４７が溶断したことをカバーを開けて目視する必要がない。さらに、無線通信のために必要なアンテナを保護素子と一体化でき、部品点数を少なくできる。さらに、アンテナ付保護素子が動作した場合にのみ、電波を放射するので、常時、電波を放射する方式と比較して電力消費を少なくでき、放射される不要な電波も少なくできる。

＜２．変形例＞
以上、本発明の実施の形態について具体的に説明したが、本発明は、上述の実施の形態に限定されるものではなく、本発明の技術的思想に基づく各種の変形が可能である。例えば、上述の実施形態において挙げた構成、方法、工程、形状、材料および数値などはあくまでも例に過ぎず、必要に応じてこれと異なる構成、方法、工程、形状、材料および数値などを用いてもよい。

ＢＴ１〜ＢＴ４ 電池セル
１ 電池パック
２ アンテナ付保護素子
４、６ 制御部
１１、３１ 通信ユニット
３０ コントロールユニット
３６ コントローラ
４０ ベース基板
４１，４２，４３，５１，５２，５６，５７ 電極
４７ 第１の可溶導体
４８ 発熱体
５４ 第２の可溶導体

Claims (8)

1. 絶縁体上に形成された第１の電極、第２の電極、第３の電極および第４の電極と、
   前記第１の電極および前記第２の電極と接続された第１の可溶導体と、
   前記第３の電極に給電側の一端側が接続された導体と、
   前記導体の他端側と高周波的に接地される前記第４の電極との間に配置された第２の可溶導体と、
   前記第１および第２の可溶導体を加熱する発熱体とを備え、
   前記第１の可溶導体よりも前記第２の可溶導体が先に溶断して前記導体がアンテナとしての機能を持つようにした保護素子。
2. 前記第１の可溶導体の融点に比して前記第２の可溶導体の融点がより低くされた請求項１に記載の保護素子。
3. 前記絶縁体上に第５の電極が設けられ、
   前記第１の可溶導体と前記発熱体の一方の端子とが前記第５の電極を介して接続され、 前記発熱体の他方の端子がスイッチ素子と接続され、
   前記スイッチ素子が制御信号によってオンする場合に前記発熱体が発熱するようにした請求項１または請求項２に記載の保護素子。
4. 前記導体は、絶縁体上の印刷パターンとして形成される請求項１乃至請求項３の何れかに記載の保護素子。
5. 絶縁体上に形成された第１の電極、第２の電極、第３の電極および第４の電極と、前記第１の電極および前記第２の電極と接続された第１の可溶導体と、前記第３の電極に一端側が接続された導体と、前記導体の他端側と高周波的に接地される前記第４の電極との間に配置された第２の可溶導体と、前記第１および第２の可溶導体を加熱する発熱体とを備え、前記第１の可溶導体よりも前記第２の可溶導体が先に溶断して前記導体がアンテナとしての機能を持つようにした保護素子と、
   少なくとも１以上の二次電池を有し、電流経路中に前記保護素子の前記第１の可溶導体が挿入された電池部とを備え、
   前記第１の可溶導体が過大な電流によって溶断する前に、前記第２の可溶導体が溶断して前記導体をアンテナとして使用して無線通信によって信号を送信するようにした二次電池の保護回路。
6. 少なくとも１以上の二次電池を含む電池部と、保護素子および制御回路が実装される配線基板とがケースに収納される電池パックであって、
   前記保護素子は、
   絶縁体上に形成された第１の電極、第２の電極、第３の電極および第４の電極と、前記第１の電極および前記第２の電極と接続された第１の可溶導体と、前記第３の電極に一端側が接続された導体と、前記導体の他端側と高周波的に接地される前記第４の電極との間に配置された第２の可溶導体と、前記第１および第２の可溶導体を加熱する発熱体とを備え、前記第１の可溶導体よりも前記第２の可溶導体が先に溶断して前記導体がアンテナとしての機能を持つようにされ、
   前記電池部の電流経路中に前記保護素子の前記第１の可溶導体が挿入され、
   前記第１の可溶導体が過大な電流によって溶断する前に、前記第２の可溶導体が溶断して前記導体をアンテナとして使用して無線通信によって信号を送信するようにした電池パック。
7. 絶縁体上に形成された第１の電極、第２の電極、第３の電極および第４の電極と、前記第１の電極および前記第２の電極と接続された第１の可溶導体と、前記第３の電極に一端側が接続された導体と、前記導体の他端側と高周波的に接地される前記第４の電極との間に配置された第２の可溶導体と、前記第１および第２の可溶導体を加熱する発熱体とを備え、前記第１の可溶導体よりも前記第２の可溶導体が先に溶断して前記導体がアンテナとしての機能を持つようにした保護素子と、
   少なくとも１以上の二次電池を有し、電流経路中に前記保護素子の前記第１の可溶導体が挿入された電池部とを備え、
   前記第１の可溶導体が過大な電流によって溶断する前に、前記第２の可溶導体が溶断して前記導体をアンテナとして使用して無線通信ユニットが信号を送信するようにした電池装置と、
   前記電池装置の前記無線通信ユニットからの信号を受信する送受信装置と
   を備える電池状態管理システム。
8. 前記電池装置の前記無線通信ユニットが送信するデータが前記電池装置を特定するＩＤを含む請求項７に記載の電池状態管理システム。

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