JP6542576B2

JP6542576B2 - Protective element, secondary battery protection circuit and battery pack

Info

Publication number: JP6542576B2
Application number: JP2015097987A
Authority: JP
Inventors: 裕二木村
Original assignee: Dexerials Corp
Current assignee: Dexerials Corp
Priority date: 2015-05-13
Filing date: 2015-05-13
Publication date: 2019-07-10
Anticipated expiration: 2035-05-13
Also published as: JP2016213132A

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および電池パックに関する。 The present invention relates to a protective element applied to a battery device using, for example, a lithium ion secondary battery, a protective circuit for a secondary battery, and a battery pack.

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等のケース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。 BACKGROUND ART A lithium ion secondary battery (hereinafter, appropriately referred to as a lithium ion battery) using lithium ion doping / de-doping is used as a mobile device such as a smartphone, a power supply of an electric tool, a power supply of an electric vehicle, and the like. Lithium ion batteries include a positive electrode in which a positive electrode active material layer using a lithium composite oxide is formed on a positive electrode current collector, and a carbon-based material such as graphite or a non-graphitizable carbon material capable of doping and dedoping lithium A negative electrode active material layer using a material has a negative electrode formed on a negative electrode current collector. The positive electrode and the negative electrode are stacked via a separator and bent or wound to form a battery element. This battery element is accommodated in a case such as a metal can or a laminate film together with a non-aqueous electrolytic solution obtained by dissolving a lithium salt in an aprotic organic solvent to constitute a battery cell. When configuring the power supply of the electronic device described above, one or more battery cells are connected in series and / or in parallel.

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。 A protection element is required to prevent overcharging, overdischarging or overcurrent of the lithium ion battery. Conventionally, as a protective element mounted on a secondary battery device or the like, one having not only an overcurrent but also an overvoltage preventing function is used. This protective element is formed by laminating a soluble conductor consisting of a heating element and a low melting point metal body on a substrate, and melting the soluble conductor due to an overcurrent, and has an overcharge voltage or an overdischarge voltage. When it occurs, the switching element is turned on by an external signal from the battery control unit, the heating element in the protection element is energized, and the soluble conductor is melted off by the heat of the heating element.

しかしながら、可溶導体を使用すると、動作した後では、再利用することができない問題がある。特許文献１には、温度が設定温度より高くなると、オフに切り換えられる感熱遮断部材と、抵抗過熱素子とをケース内に収納したブレーカが記載されている。特許文献１に示されるブレーカでは、感熱遮断部材の中央部の下側を抵抗加熱素子によって支持し、感熱遮断部材の中央部の上側を押圧部によって押圧する構成とされ、押圧部の上側がケースで支持される構成とされている。 However, the use of a fusible conductor has a problem that it can not be reused after operation. Patent Document 1 describes a breaker in which a heat-sensitive cutoff member, which is switched off when the temperature becomes higher than a set temperature, and a resistance heating element are housed in a case. In the breaker shown in Patent Document 1, the lower side of the central portion of the heat-sensitive blocking member is supported by the resistance heating element, the upper side of the central portion of the heat-sensitive blocking member is pressed by the pressing portion, and the upper side of the pressing portion is the case. It is supposed to be supported by

特開２００２−２０４５２５号公報JP 2002-204525 A

特許文献１に記載のものでは、感熱遮断部材を抵抗加熱素子に対して絶縁物で直に抑える構成とされているので、抵抗加熱素子により発生した熱が絶縁物、ケースに逃げ易いために、部品構成点数が増加するのみならず、回路を遮断する動作が遅くなるおそれがある。 In the configuration described in Patent Document 1, since the heat-sensitive blocking member is configured to be directly suppressed by the insulator with respect to the resistance heating element, the heat generated by the resistance heating element is easily released to the insulator and the case. Not only the number of component parts increases but also the operation of interrupting the circuit may be delayed.

したがって、本発明の目的は、部品構成点数が少なく、熱を逃がし難いので、直ちに回路を遮断することができる保護素子、保護素子を使用した二次電池の保護回路および電池パックを提供することにある。 Therefore, an object of the present invention is to provide a protection element capable of immediately interrupting the circuit because the number of component parts is small and heat is hard to be dissipated, a protection circuit of a secondary battery using the protection element, and a battery pack. is there.

本発明は、絶縁基板上に積層して形成された発熱体および絶縁層と、
絶縁基板上または絶縁層上に形成された複数の電極と、
内面のほぼ中央部が複数の電極の中の一つの電極に対して固定されると共に、両端が固定されない熱感知金属が複数の電極間に跨がって配置され、両端が電極に向かって断面コ字状に折り曲げられた導電性の熱感知金属とを備え、
発熱体による熱によって熱感知金属の形状を変化させて両端部と電極の接続状態を開放とするようにした保護素子である。 The present invention relates to a heating element and an insulating layer formed by laminating on an insulating substrate,
A plurality of electrodes formed on the insulating substrate or on the insulating layer;
A heat sensitive metal is fixed across the plurality of electrodes while the substantially central portion of the inner surface is fixed to one of the plurality of electrodes, and the both ends are cross sections toward the electrodes. And a conductive heat-sensitive metal bent in a U-shape ,
It is a protection element in which the shape of the heat sensitive metal is changed by the heat from the heat generating element to open the connection between the both ends and the electrode .

本発明は、絶縁基板上に積層して形成された発熱体および絶縁層と、絶縁基板上または絶縁層上に形成された複数の電極と、内面のほぼ中央部が複数の電極の中の一つの電極に対して固定されると共に、両端が固定されない熱感知金属が複数の電極間に跨がって配置され、両端が電極に向かって断面コ字状に折り曲げられた導電性の熱感知金属とを備え、発熱体による熱によって熱感知金属の形状を変化させて両端部と電極の接続状態を開放とする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熱感知金属が挿入された電池部とを備え、
電流経路を流れる電流が過大な場合に、熱感知金属の形状を変化させて電流を遮断して電池部の保護を行うようにした二次電池の保護回路である。 According to the present invention, a heating element and an insulating layer formed by laminating on an insulating substrate, a plurality of electrodes formed on the insulating substrate or on the insulating layer, and one of a plurality of electrodes at a substantially central portion of the inner surface A conductive heat sensitive metal fixed to one electrode but not fixed at both ends across a plurality of electrodes, and bent at both ends toward the electrodes in a U-shaped cross section And a protective element which changes the shape of the heat sensitive metal by heat from the heat generating element to open the connection between the both ends and the electrode ,
A battery unit having at least one or more secondary batteries and having a heat sensitive metal of the protection element inserted in the current path;
When the current flowing through the current path is excessive, the shape of the heat sensitive metal is changed to cut off the current to protect the battery unit.

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、絶縁基板上に積層して形成された発熱体および絶縁層と、絶縁基板上または絶縁層上に形成された複数の電極と、内面のほぼ中央部が複数の電極の中の一つの電極に対して固定されると共に、両端が固定されない熱感知金属が複数の電極間に跨がって配置され、両端が電極に向かって断面コ字状に折り曲げられた導電性の熱感知金属とを備え、発熱体による熱によって熱感知金属の形状を変化させて両端部と電極の接続状態を開放とする構成とされ、
電池部の電流経路中に保護素子の熱感知金属が挿入された電池パックである。 The present invention is a battery pack in which a battery unit including at least one or more secondary batteries and a wiring board on which a protection element and a control circuit are mounted are housed in a case,
The protective element includes a heating element and an insulating layer formed by being stacked on an insulating substrate, a plurality of electrodes formed on the insulating substrate or on the insulating layer, and one of a plurality of electrodes at a substantially central portion of the inner surface. A conductive heat sensitive metal fixed to one electrode but not fixed at both ends across a plurality of electrodes, and bent at both ends toward the electrodes in a U-shaped cross section And the shape of the heat sensitive metal is changed by the heat from the heat generating element to open the connection between the both ends and the electrode ,
It is a battery pack in which the heat sensitive metal of the protection element is inserted in the current path of the battery unit.

本発明によれば、熱感知金属を押さえ付けて取り付ける構成と異なり、部品点数を少なくでき、組み立ての工程が簡単となり、熱が押圧部材を通じてケースに逃げることがない。したがって、熱を逃がさないで動作速度が速くできる。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。 According to the present invention, unlike the configuration in which the heat sensitive metal is pressed and attached, the number of parts can be reduced, the assembly process is simplified, and the heat does not escape to the case through the pressing member. Therefore, the operating speed can be increased without dissipating heat. Note that the effects described herein are not necessarily limited, and any of the effects described herein may be used.

電池パックの一実施の形態のブロック図である。It is a block diagram of one embodiment of a battery pack. 保護素子の第１の実施の形態の平面図である。It is a top view of 1st Embodiment of a protection element. 動作前の状態の保護素子の第１の実施の形態の断面図および動作後の状態の保護素子の一例の断面図である。It is sectional drawing of 1st Embodiment of the protection element of the state before operation | movement, and sectional drawing of an example of the protection element of the state after operation. 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。It is a circuit diagram of the protection device before operation and a circuit diagram of the protection device after operation. 動作前の状態の保護素子の第２の実施の形態の断面図および動作後の状態の保護素子の第２の実施の形態の断面図である。FIG. 7 shows a cross-sectional view of the second embodiment of the protection device in the state before operation and a cross-sectional view of the second embodiment of the protection device in the state after operation.

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。 Hereinafter, embodiments of the present invention will be described. The embodiments described below are preferable specific examples of the present invention, and various technically preferable limitations are added. However, the scope of the present invention is particularly preferable in the following description. The embodiments are not limited to these embodiments unless otherwise stated.

＜１．第１の実施の形態＞
「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。 <1. First embodiment>
"Battery pack"
An example of a battery pack to which the present invention can be applied will be described with reference to FIG. In battery pack 1, battery cells BT1, BT2, BT3 and BT4 of a secondary battery such as a lithium ion secondary battery (collectively referred to as battery cell BT if it is not necessary to distinguish these batteries in particular) are connected in series Have a battery unit. When a full charge voltage per battery is, for example, a 4.2 V lithium ion battery, the full charge voltage of the battery pack 1 of this embodiment is 16.8 V.

電池部の＋側が電流遮断素子としての保護素子２と、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。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。電極部の電流経路中に保護素子２の導電性の熱感知金属例えばバイメタルが挿入される。 The + side of the battery unit is derived as a + side terminal through the protection element 2 as a current interrupting element and switching elements such as FETs (Field Effect Transistors) 3a and 3b. The negative side of the battery unit is derived as the negative side terminal. When the battery pack 1 is charged, the positive side terminal of the battery pack 1 is connected to the positive side output terminal of the charger 21, and the negative side terminal of the battery pack 1 is connected to the negative side output terminal of the charger 21. At the time of discharge, a load is connected to the positive side terminal and the negative side terminal of the battery pack 1. A conductive heat-sensitive metal such as bimetal of the protective element 2 is inserted in the current path of the electrode part.

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。 At the time of charging, an authentication process is performed between the battery pack 1 and the charger 21. For example, mutual authentication confirms that each other is a legitimate battery pack and a legitimate charger. When the authentication is established, the charging device performs the same charging operation as that for a normal lithium ion secondary battery. At the time of discharge in which a load is connected to the battery pack 1, it is confirmed that the voltage of the battery cell BT of the battery pack 1 is equal to or higher than a predetermined voltage. When the voltage is equal to or higher than the predetermined voltage, the discharge from the battery pack 1 is started.

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。 The voltage of each of the battery cells BT is measured by the control unit 4. The control unit 4 has a comparator that compares the measured voltage of each battery cell with the reference voltage, and detects that each voltage of the battery cells BT has reached an excessive voltage that is determined to be dangerous. Is possible. When it is detected that the voltage of any of the battery cells BT has reached an excessive voltage, the control unit 4 generates a control signal for a switching element such as the FET 5 to turn on the FET 5.

ＦＥＴ５がオンすることによって、後述するように、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保護素子２のバイメタルが変形例えば上反りとなる。ＦＥＴ５は、発熱体に対する電流供給部として機能する。変形によって、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。 When the FET 5 is turned on, a current is supplied to the heating element provided in the protective element 2 as described later, and the bimetal of the protective element 2 is deformed, for example, warped by heat of the heating element. The FET 5 functions as a current supply unit to the heating element. As a result of the deformation, the protection element 2 cuts off the charging current, and the charging progresses further from the overcharged state, and a dangerous state such as overheating is prevented.

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。 The FETs 3a and 3b are controlled by the control unit 6. Although the control unit 6 is simplified, it detects the voltage between the positive side terminal and the negative side terminal of the battery pack 1 and the charge and discharge current, and prevents the battery pack 1 against overcharge, overdischarge, and overcurrent. It is made to protect. The control unit 6 is configured by, for example, a microcomputer. Voltage and current measurements are made automatically at a predetermined frequency. The protection operation by the control unit 6 is performed on the entire voltage and current of the battery cell BT, while the protection operation by the control unit 4 is performed on the voltage of each battery cell BT.

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、例えば放電電流のオン／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。 The FET 3a is connected, for example, to turn on / off the charge current, and the FET 3b is, for example, connected to turn on / off the discharge current. Although illustration is omitted, a diode of polarity in the direction of discharging current is connected in parallel with the charge control FET 3a, and a diode of polarity in the direction of charging current is connected in parallel with the discharge control FET 3b. For example, in order to prevent overcharge, the charge control FET 3a is turned off to interrupt the charge current. Even in this case, the discharge current can flow through the diode and the discharge control FET 3 b (on). In order to prevent overdischarge, the discharge control FET 3b is turned off, and the discharge current is interrupted. Even in this case, it is possible for the charging current to flow through the diode and the charge control FET 3a (on).

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保護素子（遮断素子）２が用いられている。 As described above, the FETs 3a and 3b are used to turn the output on / off to provide overcharge protection, overdischarge protection, and overcurrent protection of the battery pack. However, if the FET is short-circuit-broken for some reason, a lightning surge etc. is applied and a momentary large current flows, or the output voltage drops abnormally due to the life of the battery cell, or conversely, the excessive abnormal voltage Even when the battery pack is output, the battery pack and the electronic device must be protected from an accident such as ignition. Therefore, in order to safely shut off the output of the battery cell under any such conceivable abnormal condition, a protection element (cutoff element) 2 having a function of shutting off the current path is used.

「保護素子の構造」
以下、保護素子２の一例について説明する。保護素子２は、従来の保護素子（ブレーカ）と同様の構造を有する。図２Ａは、熱感知金属例えばバイメタル１６（図２Ｂ）を半田付けする前の状態の平面図である。図２Ｃは、バイメタル１６を半田付けした後の状態の平面図であり、図２Ｄは、絶縁カバー１９で覆った状態の平面図である。保護素子の縦断面図（図２ＤのＡ−Ａ’線断面図）を図３Ａおよび図３Ｂに示す。図３Ａは、保護素子２が通常動作の状態の断面図であり、図３Ｂは、保護素子２が遮断動作した状態の断面図である。 "Structure of protection element"
Hereinafter, an example of the protection element 2 will be described. The protective element 2 has the same structure as a conventional protective element (breaker). FIG. 2A is a plan view of the heat sensitive metal, eg, bimetal 16 (FIG. 2B), prior to soldering. FIG. 2C is a plan view of a state after the bimetal 16 is soldered, and FIG. 2D is a plan view of a state of being covered by the insulating cover 19. The longitudinal cross-sectional view (AA 'line | wire sectional drawing of FIG. 2D) of a protection element is shown to FIG. 3A and 3B. FIG. 3A is a cross-sectional view of the protective element 2 in a normal operation state, and FIG. 3B is a cross-sectional view of the protective element 2 in a cut-off operation.

絶縁基板であるベース基板１１上に第１の電極１２および第２の電極１３が形成される。ベース基板１１上に発熱体１７が設けられ、発熱体１７上に絶縁層１８が積層される。絶縁層１８上に第３の電極１４が形成されている。電極１２、電極１３および電極１４は、整列して形成されている。これらの電極１２〜１４間を跨がってバイメタル１６が配置される。バイメタル１６のほぼ中間位置が半田１５によって電極１４に対して固定される。 The first electrode 12 and the second electrode 13 are formed on the base substrate 11 which is an insulating substrate. The heating element 17 is provided on the base substrate 11, and the insulating layer 18 is stacked on the heating element 17. The third electrode 14 is formed on the insulating layer 18. The electrode 12, the electrode 13 and the electrode 14 are formed in alignment. A bimetal 16 is disposed straddling between the electrodes 12-14. An approximately intermediate position of the bimetal 16 is fixed to the electrode 14 by the solder 15.

さらに、バイメタル１６の上面を覆うように絶縁カバー１９が設けられる。絶縁カバー１９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。 Furthermore, an insulating cover 19 is provided to cover the top surface of the bimetal 16. The insulating cover 19 is formed using, for example, an insulating member such as a thermoplastic plastic, a ceramic, a glass epoxy substrate, or the like.

第３の電極１４は、例えば絶縁層１８上に形成された電極を通じて発熱体１７の一方の接続用の電極と接続され、発熱体１７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。 The third electrode 14 is connected to, for example, one of the connection electrodes of the heating element 17 through an electrode formed on the insulating layer 18, and the other connection electrode of the heating element 17 is connected to the electrode for external connection Be done.

ベース基板１１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。 The base substrate 11 is formed of, for example, an insulating member such as alumina, glass ceramics, mullite, or zirconia. In addition, you may use the material used for printed wiring boards, such as a glass epoxy board | substrate and a phenol board | substrate.

発熱体１７は、ベース基板１１の表面に積層され、絶縁層１８によって覆われている。絶縁層１８を介して発熱体１７上に第３の電極１４が形成されている。発熱体１７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１１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１７は、第３の電極１４および外部接続用電極と接続されている。 The heating element 17 is stacked on the surface of the base substrate 11 and covered by the insulating layer 18. The third electrode 14 is formed on the heating element 17 via the insulating layer 18. The heating element 17 is a member that generates heat when it has a relatively high resistance value, and is made of, for example, W, Mo, Ru or the like. A powdery product of these alloys, compositions, or compounds is mixed with a resin binder or the like to form a paste, which is pattern-formed on the base substrate 11 using screen printing technology, and is formed by baking or the like. . The heat generating body 17 is connected to the third electrode 14 and the external connection electrode.

バイメタル１６は、熱膨張率が異なる２枚の金属板を貼り合わせたものである。例えば鉄とニッケルの合金に対して、マンガン、クロム、銅などを添加して熱膨張率が異なる２枚の金属板を作成し、２枚の金属板を貼り合わせてバイメタルが製造される。一例として、貼り合わされる２枚の金属板の上側のものの膨張率に比して下側の金属板の膨張率を大とすることによって、熱によって上側に反るバイメタルが得られる。バイメタル１６の両端が内側に折り曲げられている。この折り曲げ端によって、バイメタル１６の両端と電極１２および電極１３との電気的接続が安定とされる。なお、３枚の金属板を貼り合わせた熱感知金属を使用してもよい。 The bimetal 16 is a combination of two metal plates having different coefficients of thermal expansion. For example, manganese, chromium, copper or the like is added to an alloy of iron and nickel to form two metal plates having different thermal expansion coefficients, and the two metal plates are bonded to produce a bimetal. As an example, by making the expansion coefficient of the lower metal plate larger than the expansion coefficient of the upper one of the two metal plates to be bonded, a bimetal which is warped upward by heat can be obtained. Both ends of the bimetal 16 are bent inward. This bent end stabilizes the electrical connection between both ends of the bimetal 16 and the electrodes 12 and 13. In addition, you may use the heat sensing metal which bonded three metal plates together.

保護素子２が動作した後、すなわち、バイメタル１６が変形した後の保護素子２の断面を図３Ｂに示す。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１７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１７に対して電流が流れ、熱が発生する。この熱によって、バイメタル１６の両端が上側に反って、バイメタル１６の両端と電極１２および電極１３とが接触状態から離間状態となり、電流経路が遮断される。熱が加わった場合、半田１５が仮に溶けても、直ぐに合金化して硬くなり、バイメタル１６の支持を維持できる。 The cross section of the protective element 2 after the protective element 2 has operated, ie after the bimetal 16 has deformed, is shown in FIG. 3B. As described above, when it is detected that the voltage of any of the battery cells BT of the battery pack 1 has reached an excessive voltage, the control signal generated by the control unit 4 turns on the FET 5 connected in series with the heating element 17. It is assumed. When the FET 5 is turned on, current flows to the heating element 17 to generate heat. The heat bends the both ends of the bimetal 16 upward, and the both ends of the bimetal 16 and the electrodes 12 and 13 are separated from the contact state, and the current path is cut off. When heat is applied, even if the solder 15 is melted, it is alloyed and hardened immediately, and the support of the bimetal 16 can be maintained.

「保護素子の回路構成」
保護素子２を回路構成で表すと、図４に示すものとなる。バイメタル１６の一端と第１の電極１２の接触、離間によってオン／オフするスイッチをＳＷ１で示し、バイメタル１６の他端と第２の電極１３の接触、離間によってオン／オフするスイッチをＳＷ２で示す。保護素子２の入力端子および出力端子をそれぞれｔ１およびｔ２で示す。さらに、第３の電極１４が引き出し電極を介して発熱体１７に対応する抵抗Ｒ１７の一端と接続され、抵抗Ｒ１７の他端が端子ｔ３として導出される。端子ｔ３は、ＦＥＴ５を介して接地される。 "Circuit configuration of protection element"
The protection element 2 is shown in FIG. 4 in a circuit configuration. A switch that is turned on / off by contact and separation of one end of the bimetal 16 with the first electrode 12 is indicated by SW1, and a switch that is turned on and off by contact and separation of the other end of the bimetal 16 and the second electrode 13 is indicated by SW2. . The input and output terminals of the protective element 2 are denoted t1 and t2, respectively. Furthermore, the third electrode 14 is connected to one end of the resistor R 17 corresponding to the heating element 17 through the lead electrode, and the other end of the resistor R 17 is led out as the terminal t3. The terminal t3 is grounded via the FET 5.

保護素子２が動作する前の回路構成を図４Ａ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。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１７に対して電流が流れ、熱が発生する。この熱によって、バイメタル１６が上側に反って、スイッチＳＷ１およびＳＷ２がオフして電流経路が遮断される。保護素子２の動作後の回路構成は、図４Ｂに示すものとなる。 The circuit configuration before the protection element 2 operates is shown in FIG. 4A. The current path between the positive electrode side of the battery portion of the battery pack 1 (see FIG. 1) and the FET 3a is a path between the terminals t1 and t2. As described above, the FET 5 is turned on by a control signal generated by the control unit 4 when it is detected that the voltage of any of the battery cells BT has reached an excessive voltage. When the FET 5 is turned on, current flows to the heating element 17 to generate heat. The heat causes the bimetal 16 to bend upward, and the switches SW1 and SW2 are turned off to interrupt the current path. The circuit configuration after the operation of the protection element 2 is as shown in FIG. 4B.

本発明の第１の実施の形態によれば、電池部の異常時に電流経路を遮断して電池パック１を保護する保護素子２を実現できる。バイメタル１６を中間位置で電極１４に半田付けして固定している。バイメタルを上側から押圧する構成と異なり、部品点数を少なくでき、発熱体の熱が他の部材例えばカバーに逃げることがない。したがって、熱を有効に利用でき、動作速度の遅れが生じることを防止できる。 According to the first embodiment of the present invention, it is possible to realize the protection element 2 that protects the battery pack 1 by interrupting the current path when the battery unit is abnormal. The bimetal 16 is soldered and fixed to the electrode 14 at an intermediate position. Unlike the configuration in which the bimetal is pressed from the upper side, the number of parts can be reduced, and the heat of the heating element does not escape to another member, for example, the cover. Therefore, heat can be used effectively and a delay in operating speed can be prevented.

＜２．第２の実施の形態＞
「保護素子の構造」
図５は、保護素子の第２の実施の形態の断面図である。第２の実施の形態による保護素子２’は、バイメタルの構造以外では、ほぼ第１の実施の形態の保護素子２と同様の構成を有している。対応する部分には、同一の参照符号を付して示す。 <2. Second embodiment>
"Structure of protection element"
FIG. 5 is a cross-sectional view of a second embodiment of the protection device. The protection device 2 'according to the second embodiment has substantially the same configuration as the protection device 2 of the first embodiment except for the bimetal structure. Corresponding parts are indicated with the same reference numerals.

第２の実施の形態においては、バイメタル２０の断面が凹凸形状またはジグザク形状とされている。このような構造によって、与えられる熱に対するバイメタル２０の変形量が板状のバイメタルに比較して大きくすることができる。したがって、発熱体１７に対する電流供給量が少なくて済む利点がある。第２の実施の形態も、第１の実施の形態と同様に、部品点数を少なくでき、熱がバイメタル２０以外に逃げることがないようにできる。 In the second embodiment, the cross section of the bimetal 20 has a concavo-convex shape or a zigzag shape. With such a structure, the amount of deformation of the bimetal 20 to the given heat can be made larger than that of the plate-like bimetal. Therefore, there is an advantage that the amount of current supplied to the heating element 17 can be reduced. Also in the second embodiment, as in the first embodiment, the number of parts can be reduced, and heat can be prevented from escaping to other than the bimetal 20.

＜３．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。さらに、発熱体を使用しないで、バイメタルに流れる電流によってジュール熱を発生させ、その結果、バイメタルが変形するようにしてもよい。

<3. Modified example>
As mentioned above, although embodiment of this invention was described concretely, this invention is not limited to the above-mentioned embodiment, Various deformation | transformation based on the technical idea of this invention are possible. For example, the configurations, methods, processes, shapes, materials, numerical values, and the like described in the above embodiments are merely examples, and different configurations, methods, processes, shapes, materials, numerical values, and the like may be used as necessary. It is also good . Et al is, without using a heating element, to generate Joule heat by the current flowing through the bimetal, so that may be the bimetal is deformed.

ＢＴ１〜ＢＴ４電池セル
１電池パック
２保護素子
４、６制御部
１１ベース基板
１２，１３，１４電極
１５半田
１６バイメタル
１７発熱体 BT1 to BT4 battery cell 1 battery pack 2 protection element 4, 6 control unit 11 base substrate 12, 13, 14 electrode 15 solder 16 bimetal 17 heating element

Claims

絶縁基板上に積層して形成された発熱体および絶縁層と、
前記絶縁基板上または前記絶縁層上に形成された複数の電極と、
内面のほぼ中央部が前記複数の電極の中の一つの電極に対して固定されると共に、両端が固定されない熱感知金属が前記複数の電極間に跨がって配置され、両端が電極に向かって断面コ字状に折り曲げられた導電性の熱感知金属とを備え、
前記発熱体による熱によって前記熱感知金属の形状を変化させて両端部と前記電極の接続状態を開放とするようにした保護素子。 A heating element and an insulating layer formed by laminating on an insulating substrate;
A plurality of electrodes formed on the insulating substrate or on the insulating layer;
With a substantially central portion of the inner surface is fixed to one electrode of the plurality of electrodes, both ends are heat sensitive metal has a fixed arranged straddling between the plurality of electrodes, both ends electrode A conductive heat sensitive metal bent in a U-shape in cross section towards the
A protective element wherein the shape of the heat sensitive metal is changed by the heat from the heat generating element to open the connection between the both ends and the electrode.

前記熱感知金属の断面が凹凸形状を有する請求項１に記載の保護素子。 The protection element according to claim 1, wherein a cross section of the heat sensitive metal has an uneven shape.

絶縁基板上に積層して形成された発熱体および絶縁層と、前記絶縁基板上または前記絶縁層上に形成された複数の電極と、内面のほぼ中央部が前記複数の電極の中の一つの電極に対して固定されると共に、両端が固定されない熱感知金属が前記複数の電極間に跨がって配置され、両端が電極に向かって断面コ字状に折り曲げられた導電性の熱感知金属とを備え、前記発熱体による熱によって前記熱感知金属の形状を変化させて両端部と前記電極の接続状態を開放とする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熱感知金属が挿入された電池部とを備え、
前記電流経路を流れる電流が過大な場合に、前記熱感知金属の形状を変化させて電流を遮断して前記電池部の保護を行うようにした二次電池の保護回路。 A heating element and an insulating layer formed by laminating on an insulating substrate, a plurality of electrodes formed on the insulating substrate or on the insulating layer, and a substantially central portion of the inner surface is one of the plurality of electrodes is fixed to the electrode, both ends are disposed from heat sensitive metal has such a fixed straddle between the plurality of electrodes, both ends of the folded conductive in a U shape toward the electrode heat A protective element comprising: a sensing metal; and the shape of the thermal sensing metal being changed by heat from the heating element to open the connection between the both ends and the electrode;
A battery unit having at least one or more secondary batteries, in which the heat-sensitive metal of the protection element is inserted in a current path;
A protection circuit for a secondary battery, wherein when the current flowing through the current path is excessive, the shape of the heat sensitive metal is changed to interrupt the current to protect the battery unit.

前記熱感知金属の断面が凹凸形状を有する請求項３に記載の二次電池の保護回路。 The protection circuit of the secondary battery according to claim 3, wherein a cross section of the heat sensitive metal has an uneven shape.

前記複数の電極の一つの電極が前記発熱体と接続され、
前記発熱体がスイッチ素子と接続され、
前記電流経路を流れる電流が過大な場合に、前記スイッチ素子をオンさせて前記熱感知金属の形状を変化させる請求項３または４に記載の二次電池の保護回路。 One of the plurality of electrodes is connected to the heating element,
The heating element is connected to the switch element,
The protection circuit of a secondary battery according to claim 3 or 4, wherein when the current flowing through the current path is excessive, the switch element is turned on to change the shape of the heat sensitive metal.

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、絶縁基板上に積層して形成された発熱体および絶縁層と、前記絶縁基板上または前記絶縁層上に形成された複数の電極と、内面のほぼ中央部が前記複数の電極の中の一つの電極に対して固定されると共に、両端が固定されない熱感知金属が前記複数の電極間に跨がって配置され、両端が電極に向かって断面コ字状に折り曲げられた導電性の熱感知金属とを備え、前記発熱体による熱によって前記熱感知金属の形状を変化させて両端部と前記電極の接続状態を開放とする構成とされ、
前記電池部の電流経路中に前記保護素子の前記熱感知金属が挿入された電池パック。 A battery pack in which a battery unit including at least one or more secondary batteries and a wiring board on which a protection element and a control circuit are mounted are housed in a case,
The protective element includes a heat generating body and an insulating layer formed by laminating on an insulating substrate, a plurality of electrodes formed on the insulating substrate or the insulating layer, and a plurality of electrodes at a substantially central portion of the inner surface is fixed to one of the electrodes in the both ends are disposed I have heat sensitive metals such is fixed straddle between the plurality of electrodes, both ends bent in a U shape toward the electrode A conductive heat-sensitive metal, and the heat generated by the heat generator changes the shape of the heat-sensitive metal to open the connection between the both ends and the electrode.
A battery pack in which the heat sensitive metal of the protection element is inserted in a current path of the battery unit.

前記熱感知金属の断面が凹凸形状を有する請求項６に記載の電池パック。 The battery pack according to claim 6, wherein the cross section of the heat sensitive metal has an uneven shape.