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JP6292802B2 - Battery circuit, protection circuit - Google Patents

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JP6292802B2 JP2013184661A JP2013184661A JP6292802B2 JP 6292802 B2 JP6292802 B2 JP 6292802B2 JP 2013184661 A JP2013184661 A JP 2013184661A JP 2013184661 A JP2013184661 A JP 2013184661A JP 6292802 B2 JP6292802 B2 JP 6292802B2
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Description

本発明は、電流経路を遮断する保護回路に関し、特にリチウムイオン二次電池等の緊急時に速やかに電流経路を遮断する必要のあるバッテリ回路や、バッテリ回路に用いて好適な保護回路に関する。   The present invention relates to a protection circuit that cuts off a current path, and more particularly to a battery circuit that needs to cut off a current path quickly in an emergency, such as a lithium ion secondary battery, and a protection circuit suitable for use in a battery circuit.

充電して繰り返し利用することのできる二次電池の多くは、バッテリパックに加工されてユーザに提供される。特に重量エネルギー密度の高いリチウムイオン二次電池においては、ユーザ及び電子機器の安全を確保するために、一般的に、過充電保護、過放電保護等のための保障回路をバッテリパックに内蔵し、所定の場合にバッテリパックの出力を遮断する機能を有している。   Many secondary batteries that can be charged and used repeatedly are processed into battery packs and provided to users. In particular, in a lithium ion secondary battery having a high weight energy density, in order to ensure the safety of users and electronic devices, generally, a protection circuit for overcharge protection, overdischarge protection, etc. is built in the battery pack, It has a function of shutting off the output of the battery pack in a predetermined case.

この種の回路では、バッテリパックに内蔵されたFETスイッチを用いて出力のON/OFFを行うことにより、バッテリパックの過充電保護又は過放電保護動作を行う。しかしながら、何らかの原因でFETスイッチ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、あるいはバッテリ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、バッテリ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、バッテリセルの出力を安全に遮断するために、外部からの信号によって電流経路を遮断する機能を有するヒューズ素子からなる保護素子が用いられる。   In this type of circuit, the overcharge protection or overdischarge protection operation of the battery pack is performed by turning on / off the output using an FET switch built in the battery pack. However, when the FET switch is short-circuited for some reason, when a lightning surge or the like is applied and an instantaneous large current flows, the output voltage drops abnormally due to the life of the battery cell, or conversely an excessively abnormal voltage Even when a battery pack is output, battery packs and electronic devices must be protected from accidents such as fire. Therefore, a protective element made of a fuse element having a function of cutting off a current path by a signal from the outside is used in order to safely cut off the output of the battery cell in any possible abnormal state.

このようなリチウムイオン二次電池等向けのバッテリ回路の保護素子として、保護素子内部に発熱体を有し、この発熱体によって電流経路上のヒューズを溶断する構造が一般的に用いられている。   As a protection element for such a battery circuit for a lithium ion secondary battery or the like, a structure in which a heating element is provided inside the protection element and a fuse on a current path is blown by the heating element is generally used.

本発明の関連技術として、図8にバッテリ回路50を示す。保護回路50は、例えば、リチウムイオン二次電池のバッテリパックに用いられるバッテリ回路であり、リチウムイオン二次電池のバッテリセルを備えたバッテリスタック51と、バッテリスタック51の異常時に充電を遮断する保護素子52と、バッテリスタック51の電圧を検出する検出素子53と、検出素子53の検出結果に応じて保護素子52の動作を制御するスイッチ素子54を備える。   As a related technique of the present invention, a battery circuit 50 is shown in FIG. The protection circuit 50 is, for example, a battery circuit used for a battery pack of a lithium ion secondary battery. The protection circuit 50 includes a battery stack 51 including a battery cell of the lithium ion secondary battery, and protection that cuts off charging when the battery stack 51 is abnormal. An element 52, a detection element 53 that detects the voltage of the battery stack 51, and a switch element 54 that controls the operation of the protection element 52 according to the detection result of the detection element 53 are provided.

保護素子52は、バッテリスタック51の充放電電流経路上に直列に接続され、該充放電電流経路の一部を構成するヒューズ55と、スイッチ素子54と接続されバッテリスタック51から電力が供給されることにより発熱し、ヒューズ55を溶断させる発熱体56とを有する。保護素子52は、スイッチ素子54によって発熱体56への給電が制御されている。   The protection element 52 is connected in series on the charge / discharge current path of the battery stack 51, is connected to the fuse 55 constituting a part of the charge / discharge current path, and the switch element 54, and is supplied with power from the battery stack 51. And a heating element 56 that generates heat and blows the fuse 55. In the protection element 52, the power supply to the heating element 56 is controlled by the switch element 54.

検出素子53は、バッテリスタック51の電圧をモニタし、過充電電圧又は過放電電圧になったときにスイッチ素子54を制御する制御信号を出力する。   The detection element 53 monitors the voltage of the battery stack 51 and outputs a control signal for controlling the switch element 54 when an overcharge voltage or an overdischarge voltage is reached.

スイッチ素子54は、たとえばFETにより構成され、検出素子53から出力される検出信号によって、バッテリスタック51の電圧値が所定の過放電又は過充電状態を超える電圧になったとき、保護素子52を動作させて、バッテリスタック51の充放電電流経路を遮断するように制御する。   The switch element 54 is configured by, for example, an FET, and operates the protection element 52 when the voltage value of the battery stack 51 exceeds a predetermined overdischarge or overcharge state by a detection signal output from the detection element 53. Then, the charging / discharging current path of the battery stack 51 is controlled to be cut off.

このような回路構成からなるバッテリ回路50は、検出素子53がバッテリスタック51の異常電圧を検出すると、スイッチ素子54に検出信号を出力する。検出信号を受けたスイッチ素子54は、保護素子52の発熱体56にバッテリスタック51から給電されるように電流を制御する。これにより、バッテリ回路50は、発熱体56が発熱して、ヒューズ55が溶断することにより、充放電電流経路を遮断することができる。   The battery circuit 50 having such a circuit configuration outputs a detection signal to the switch element 54 when the detection element 53 detects an abnormal voltage of the battery stack 51. Upon receiving the detection signal, the switch element 54 controls the current so that the heating element 56 of the protection element 52 is fed from the battery stack 51. Thereby, the battery circuit 50 can interrupt | block a charging / discharging electric current path | route, when the heat generating body 56 heat | fever-generates and the fuse 55 blows.

特開2005−243652号公報Japanese Patent Laid-Open No. 2005-243652 特開2006−221919号公報JP 2006-221919 A 特開2009−267293号公報JP 2009-267293 A

近年の電子機器の小型化、薄型化に伴い、リチウムイオン二次電池のバッテリパックも小型化、薄型化が求められている。また、リチウムイオン二次電池の普及に伴い、バッテリパック内の保護回路には、安全性を維持しつつ比較的構造がシンプルで且つ安価なものが求められている。   With recent downsizing and thinning of electronic devices, battery packs for lithium ion secondary batteries are also required to be small and thin. Further, with the widespread use of lithium ion secondary batteries, a protection circuit in a battery pack is required that has a relatively simple structure and is inexpensive while maintaining safety.

しかし、図8に示すバッテリ回路50では、電圧を検出する検出素子53によってバッテリスタック51の電圧を常時モニタし、異常電圧となった際にはFET等のスイッチ素子54に検出信号を出力し、スイッチ素子54によって保護素子52の発熱体56へ通電するように制御する。したがって、バッテリ回路50は、電圧を検出する検出素子53、及び発熱体56へ通電させるスイッチ素子54が必須となり、これら検出素子53及びスイッチ素子54を配置するスペースを確保する必要がある。   However, in the battery circuit 50 shown in FIG. 8, the voltage of the battery stack 51 is constantly monitored by the detection element 53 that detects the voltage, and when the voltage becomes abnormal, a detection signal is output to the switch element 54 such as an FET. Control is performed so that the heating element 56 of the protection element 52 is energized by the switch element 54. Therefore, in the battery circuit 50, the detection element 53 for detecting the voltage and the switch element 54 for energizing the heating element 56 are essential, and it is necessary to secure a space for arranging the detection element 53 and the switch element 54.

そのため、図8に示すバッテリ回路50では、小型化、薄型化が困難となり、バッテリパック等のバッテリ素子50が搭載される電子機器の小型化、薄型化を阻害してしまう。また、図8に示すバッテリ回路50では、部品点数も多く、製造工数やコスト上も不利である。   Therefore, it is difficult to reduce the size and thickness of the battery circuit 50 shown in FIG. 8, and the electronic device on which the battery element 50 such as a battery pack is mounted is hindered from being reduced in size and thickness. Further, the battery circuit 50 shown in FIG. 8 has a large number of parts, which is disadvantageous in terms of manufacturing man-hours and costs.

そこで、本発明は、保護素子の他に検出素子やFET等のスイッチ素子を用いる必要のないバッテリ回路、保護回路を提供することを目的とする。   Accordingly, an object of the present invention is to provide a battery circuit and a protection circuit that do not require the use of a switching element such as a detection element or FET in addition to the protection element.

上述した課題を解決するために、本発明に係るバッテリ回路は、バッテリスタックと、上記バッテリスタックの充放電電流経路に接続された可溶導体と、発熱することにより上記可溶導体を溶断させ上記充放電電流経路を遮断する発熱体とを備えた保護回路部と、上記発熱体と給電回路を介して直列に接続されるとともに、上記バッテリスタックと並列に接続され、所定の電圧以上の電圧になると上記発熱体に通電させる電流制御素子とを有し、上記可溶導体は、上記充放電電流経路に対する上記発熱体の接続端の両側に設けられるものである。
また、本発明に係るバッテリ回路は、バッテリスタックと、上記バッテリスタックの充放電電流経路に接続された可溶導体と、発熱することにより上記可溶導体を溶断させ上記充放電電流経路を遮断する発熱体とを備えた保護回路部と、上記発熱体と直列に接続されるとともに、上記バッテリスタックと並列に接続され、所定の電圧以上の電圧になると上記発熱体に通電させる電流制御素子とを有し、上記電流制御素子は、通電方向の異なる複数のツェナーダイオードが直列に接続されているものである。
また、本発明に係るバッテリ回路は、バッテリスタックと、上記バッテリスタックの充放電電流経路に接続された可溶導体と、発熱することにより上記可溶導体を溶断させ上記充放電電流経路を遮断する発熱体とを備えた保護回路部と、上記発熱体と直列に接続されるとともに、上記バッテリスタックと並列に接続され、所定の電圧以上の電圧になると上記発熱体に通電させる電流制御素子と、上記バッテリスタックの異常電圧を検出する検出素子と、上記発熱体と接続され、上記検出素子からの検出信号を受けて上記発熱体に通電させるスイッチ素子とを備え、上記電流制御素子は、上記スイッチ素子と並列に接続されているものである。
In order to solve the above-described problem, a battery circuit according to the present invention includes a battery stack, a soluble conductor connected to a charge / discharge current path of the battery stack, and the melting conductor is blown off by generating heat. A protection circuit unit including a heating element that cuts off a charging / discharging current path, and is connected in series via the heating element and a power feeding circuit, and is connected in parallel to the battery stack, so that the voltage is equal to or higher than a predetermined voltage. It comes to have a current control element for energizing the heating element, the friendly溶導body and is provided on both sides of the connection end of the heating body with respect to the charge and discharge current path.
Further, the battery circuit according to the present invention cuts off the charging / discharging current path by fusing the soluble conductor by generating heat with the battery stack, the soluble conductor connected to the charging / discharging current path of the battery stack. A protection circuit unit including a heating element; and a current control element that is connected in series with the heating element and connected in parallel with the battery stack and energizes the heating element when the voltage exceeds a predetermined voltage. The current control element includes a plurality of Zener diodes having different energization directions connected in series.
Further, the battery circuit according to the present invention cuts off the charging / discharging current path by fusing the soluble conductor by generating heat with the battery stack, the soluble conductor connected to the charging / discharging current path of the battery stack. A protection circuit unit including a heating element, a current control element connected in series with the heating element, connected in parallel with the battery stack, and energizes the heating element when a voltage equal to or higher than a predetermined voltage; A detection element that detects an abnormal voltage of the battery stack; and a switch element that is connected to the heating element and receives a detection signal from the detection element to energize the heating element. The current control element includes the switch It is connected in parallel with the element.

また、本発明に係る保護回路は、外部回路の電流経路に接続される可溶導体と、発熱することにより上記可溶導体を溶断させ上記外部回路を遮断する発熱体と、上記発熱体と直列に接続されるとともに、上記外部回路と並列に接続され、所定の電圧以上の電圧になると上記発熱体に通電させる電流制御素子とを有し、上記可溶導体は、上記電流経路に対する上記発熱体の接続端の両側に設けられるものである。
また、本発明に係る保護回路は、外部回路の電流経路に接続される可溶導体と、発熱することにより上記可溶導体を溶断させ上記外部回路を遮断する発熱体と、上記発熱体と直列に接続されるとともに、上記外部回路と並列に接続され、所定の電圧以上の電圧になると上記発熱体に通電させる電流制御素子とを有し、上記電流制御素子は、通電方向の異なる複数のツェナーダイオードが直列に接続されているものである。
また、本発明に係る保護回路は、外部回路の電流経路に接続される可溶導体と、発熱することにより上記可溶導体を溶断させ上記外部回路を遮断する発熱体と、上記発熱体と直列に接続されるとともに、上記外部回路と並列に接続され、所定の電圧以上の電圧になると上記発熱体に通電させる電流制御素子と、上記外部回路の異常電圧を検出する検出素子と、上記発熱体と接続され、上記検出素子からの検出信号を受けて上記発熱体に通電させるスイッチ素子とを備え、上記電流制御素子は、上記スイッチ素子と並列に接続されているものである。
The protection circuit according to the present invention includes a fusible conductor connected to a current path of an external circuit, a heating element that blows off the fusible conductor by heat generation and interrupts the external circuit, and a series of the heating element. And a current control element that is connected in parallel with the external circuit and energizes the heating element when the voltage is equal to or higher than a predetermined voltage, and the fusible conductor includes the heating element for the current path. It is provided on both sides of the connection end.
The protection circuit according to the present invention includes a fusible conductor connected to a current path of an external circuit, a heating element that blows off the fusible conductor by heat generation and interrupts the external circuit, and a series of the heating element. And a current control element that is connected in parallel with the external circuit and that causes the heating element to energize when the voltage exceeds a predetermined voltage, and the current control element includes a plurality of zeners having different energization directions. A diode is connected in series.
The protection circuit according to the present invention includes a fusible conductor connected to a current path of an external circuit, a heating element that blows off the fusible conductor by heat generation and interrupts the external circuit, and a series of the heating element. And a current control element that is connected in parallel with the external circuit and energizes the heating element when the voltage exceeds a predetermined voltage, a detection element that detects an abnormal voltage of the external circuit , and the heating element And a switch element that receives a detection signal from the detection element and energizes the heating element, and the current control element is connected in parallel with the switch element.

本発明によれば、バッテリスタックが定格を超える高電圧となった場合に、電流制御素子によって発熱体に電流を流すように制御されることから、バッテリスタックの電圧値をモニタする検出素子や、検出素子の結果に応じて通電を制御するFET等のスイッチ素子を設ける必要がないため、バッテリパックの小型化も容易となる他、部品点数の増加や、組み立て工数の増加を招くこともない。   According to the present invention, when the battery stack becomes a high voltage exceeding the rating, the current control element is controlled to flow a current to the heating element, so that the detection element for monitoring the voltage value of the battery stack, Since it is not necessary to provide a switching element such as an FET for controlling energization according to the result of the detection element, the battery pack can be easily downsized, and the number of parts and assembly man-hours are not increased.

図1は、本発明が適用されたバッテリ回路を示す回路図である。FIG. 1 is a circuit diagram showing a battery circuit to which the present invention is applied. 図2は、本発明が適用された他のバッテリ回路を示す回路図である。FIG. 2 is a circuit diagram showing another battery circuit to which the present invention is applied. 図3は、本発明が適用された他のバッテリ回路を示す回路図である。FIG. 3 is a circuit diagram showing another battery circuit to which the present invention is applied. 図4は、アンチヒューズの一構成例を示す断面図である。FIG. 4 is a cross-sectional view showing a configuration example of the antifuse. 図5は、電流制御素子としてアンチヒューズを用いたバッテリ回路を示す回路図である。FIG. 5 is a circuit diagram showing a battery circuit using an antifuse as a current control element. 図6は、本発明が適用された他のバッテリ回路を示す回路図である。FIG. 6 is a circuit diagram showing another battery circuit to which the present invention is applied. 図7は、本発明が適用された保護回路を示す回路図である。FIG. 7 is a circuit diagram showing a protection circuit to which the present invention is applied. 図8は、従来例に係るバッテリ回路を示す回路図である。FIG. 8 is a circuit diagram showing a battery circuit according to a conventional example.

以下、本発明が適用されたバッテリ回路及び保護回路について、図面を参照しながら詳細に説明する。なお、本発明は、以下の実施形態のみに限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲内において種々の変更が可能であることは勿論である。また、図面は模式的なものであり、各寸法の比率等は現実のものとは異なることがある。具体的な寸法等は以下の説明を参酌して判断すべきものである。また、図面相互間においても互いの寸法の関係や比率が異なる部分が含まれていることは勿論である。   Hereinafter, a battery circuit and a protection circuit to which the present invention is applied will be described in detail with reference to the drawings. It should be noted that the present invention is not limited to the following embodiments, and various modifications can be made without departing from the scope of the present invention. Further, the drawings are schematic, and the ratio of each dimension may be different from the actual one. Specific dimensions should be determined in consideration of the following description. Moreover, it is a matter of course that portions having different dimensional relationships and ratios are included between the drawings.

本発明が適用されたバッテリ回路1は、図1に示すように、例えばリチウムイオン二次電池のバッテリパック10内の回路に組み込まれて用いられる。バッテリパック10は、バッテリスタック2と、バッテリスタック2の異常電圧時に充放電電流経路を遮断する保護回路部3と、保護回路部3に流れる電流を制御する電流制御素子4とを有する。   As shown in FIG. 1, the battery circuit 1 to which the present invention is applied is used by being incorporated in a circuit in a battery pack 10 of a lithium ion secondary battery, for example. The battery pack 10 includes a battery stack 2, a protection circuit unit 3 that cuts off a charge / discharge current path when the battery stack 2 has an abnormal voltage, and a current control element 4 that controls a current flowing through the protection circuit unit 3.

バッテリスタック2は、一又は複数のリチウムイオン二次電池のバッテリセル11を有する。   The battery stack 2 includes one or a plurality of battery cells 11 of lithium ion secondary batteries.

保護回路部3は、バッテリスタック2の充放電電流経路に接続された可溶導体5と、発熱することにより可溶導体5を溶断させ充放電電流経路を遮断する発熱体6とを有する。   The protection circuit unit 3 includes a fusible conductor 5 connected to the charging / discharging current path of the battery stack 2 and a heating element 6 that melts the fusible conductor 5 and cuts off the charging / discharging current path by generating heat.

可溶導体5は、発熱体6の発熱により速やかに溶断されるいずれの金属を用いることができ、例えば、Snを主成分とするPbフリーハンダ等の低融点金属を好適に用いることができる。   As the soluble conductor 5, any metal that is quickly melted by the heat generated by the heating element 6 can be used. For example, a low-melting-point metal such as Pb-free solder mainly containing Sn can be preferably used.

また、可溶導体5は、低融点金属と高融点金属とを積層して形成してもよい。低融点金属と高融点金属との積層構造としては、例えば、低融点金属箔を高融点金属メッキによって被覆する構造を挙げることができる。低融点金属としては、Snを主成分とするPbフリーハンダなどのハンダを用いることが好ましく、高融点金属としては、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好ましい。高融点金属と低融点金属とを含有することによって、保護回路1を構成する保護素子をリフロー実装する場合に、リフロー温度が低融点金属の溶融温度を超えて、低融点金属が溶融しても、低融点金属の外部への流出を抑制し、可溶導体5の形状を維持することができる。また、溶断時も、低融点金属が溶融することにより、高融点金属を溶食(ハンダ食われ)することで、高融点金属の融点以下の温度で速やかに溶断することができる。   The soluble conductor 5 may be formed by laminating a low melting point metal and a high melting point metal. As a laminated structure of a low-melting-point metal and a high-melting-point metal, for example, a structure in which a low-melting-point metal foil is coated by high-melting-point metal plating can be exemplified. As the low melting point metal, it is preferable to use solder such as Pb-free solder containing Sn as a main component, and as the high melting point metal, it is preferable to use Ag, Cu or an alloy containing these as main components. Even when the reflow temperature exceeds the melting temperature of the low melting point metal and the low melting point metal melts when the protective element constituting the protection circuit 1 is reflow mounted by containing the high melting point metal and the low melting point metal. The outflow of the low melting point metal to the outside can be suppressed, and the shape of the soluble conductor 5 can be maintained. In addition, even when fusing, the low melting point metal melts, and the high melting point metal is eroded (soldered), so that the fusing can be quickly performed at a temperature lower than the melting point of the high melting point metal.

可溶導体5は、互いに分離されて形成されバッテリスタック2の充放電経路と接続された一対の電極間にハンダ付けされること等により、バッテリスタック2の充放電経路上に直列に接続され、これにより充放電経路の一部を構成し、発熱体6の発熱によって溶断することにより、充放電経路を遮断することができる。   The fusible conductor 5 is connected in series on the charging / discharging path of the battery stack 2 by being soldered between a pair of electrodes formed separately from each other and connected to the charging / discharging path of the battery stack 2, Thereby, a part of charging / discharging path | route is comprised, and a charging / discharging path | route can be interrupted | blocked by fusing by the heat_generation | fever of the heat generating body 6. FIG.

発熱体6は、比較的抵抗値が高く通電すると発熱する導電性を有する部材であって、たとえば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、保護回路1が形成される絶縁基板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する。   The heating element 6 is a conductive member that has a relatively high resistance value and generates heat when energized, and is made of, for example, W, Mo, Ru, or the like. A powdered body of these alloys, compositions, or compounds is mixed with a resin binder or the like to form a paste, and a pattern is formed on the insulating substrate on which the protective circuit 1 is formed using a screen printing technique. It is formed by firing or the like.

バッテリ回路1は、発熱体6が電流制御素子4と直列に接続されるとともに、これら発熱体6及び電流制御素子4がバッテリスタック2と並列に接続される。これにより、バッテリ回路1は、発熱体6に電力を供給する給電経路7が形成される。給電経路7は、バッテリスタック2のバッテリセル11が定格電圧の状態においては、電流制御素子4によって発熱体6への通電が規制されている。そして、バッテリ回路1は、何らかの原因によりバッテリセル11が過充電の状態となりバッテリスタック2が定格を超えた高電圧となった場合には、電流制御素子4によって給電経路7が通電されることにより、発熱体6が発熱を開始し、可溶導体5を溶断する。   In the battery circuit 1, the heating element 6 is connected in series with the current control element 4, and the heating element 6 and the current control element 4 are connected in parallel with the battery stack 2. As a result, the battery circuit 1 forms a power supply path 7 that supplies power to the heating element 6. In the power supply path 7, energization of the heating element 6 is regulated by the current control element 4 when the battery cell 11 of the battery stack 2 is at the rated voltage. When the battery cell 11 is overcharged for some reason and the battery stack 2 becomes a high voltage exceeding the rating, the battery circuit 1 is energized in the power supply path 7 by the current control element 4. The heating element 6 starts to generate heat and melts the soluble conductor 5.

電流制御素子4は、バッテリスタック2の電圧が定格の範囲内である場合は、発熱体6側への通電を規制している。そして、電流制御素子4は、バッテリスタック2の電圧が所定の値以上になると、発熱体6へバッテリスタック2の電流を通電させて発熱させる。   The current control element 4 regulates energization to the heating element 6 side when the voltage of the battery stack 2 is within the rated range. Then, when the voltage of the battery stack 2 becomes equal to or higher than a predetermined value, the current control element 4 energizes the heating element 6 with the current of the battery stack 2 to generate heat.

このような電流制御素子4としては、例えばツェナーダイオード12を用いることができる。バッテリ回路1は、ツェナーダイオード12の降伏電圧を、バッテリセル11の過充電時において検出される電圧値(例えば、4.5v)に設定することにより、正常時の電圧下(例えば、4.2v)においては発熱体6への通電が規制され、通常の電源回路として使用できる。そして、バッテリ回路1は、バッテリセル11の過充電によりバッテリスタック2が高電圧となった場合には、ツェナーダイオード12の降伏電圧を超える電圧が印加されることにより、給電経路7に電流を流し、発熱体6を発熱させることができる。   As such a current control element 4, for example, a Zener diode 12 can be used. The battery circuit 1 sets the breakdown voltage of the Zener diode 12 to a voltage value (for example, 4.5 v) detected when the battery cell 11 is overcharged, thereby reducing the voltage under normal conditions (for example, 4.2 v). ), The energization of the heating element 6 is restricted and can be used as a normal power supply circuit. When the battery stack 2 becomes a high voltage due to overcharging of the battery cell 11, the battery circuit 1 applies a voltage exceeding the breakdown voltage of the Zener diode 12, thereby causing a current to flow through the power supply path 7. The heating element 6 can generate heat.

バッテリ回路1は、発熱体6の発熱により可溶導体1が溶融し、溶融導体が互いに分離した一対の電極上に凝集することにより分断され、これによりバッテリスタック2の充放電経路を遮断することができる。ここで、バッテリ回路1は、保護回路部3の可溶導体5を溶断することにより充放電経路を遮断することから、不可逆的に充放電経路を遮断する。   The battery circuit 1 is divided by melting the fusible conductor 1 due to heat generated by the heating element 6 and aggregating the molten conductor on a pair of electrodes separated from each other, thereby blocking the charge / discharge path of the battery stack 2. Can do. Here, the battery circuit 1 interrupts the charge / discharge path irreversibly because the battery circuit 1 interrupts the charge / discharge path by fusing the soluble conductor 5 of the protection circuit unit 3.

このように、バッテリ回路1は、バッテリセル11の過充電によりバッテリスタック2が定格を超える高電圧となった場合に、電流制御素子4によって発熱体6の給電経路7に電流を流すように制御されることから、バッテリスタック2の電圧値をモニタする検出素子や、検出素子の結果に応じて給電経路7の電流を制御するFET等のスイッチ素子を設ける必要がないため、バッテリパック10の小型化も容易となる他、部品点数の増加や、組み立て工数の増加を招くこともない。   In this way, the battery circuit 1 is controlled so that a current is supplied to the power supply path 7 of the heating element 6 by the current control element 4 when the battery stack 2 becomes a high voltage exceeding the rating due to overcharging of the battery cell 11. Therefore, there is no need to provide a detection element for monitoring the voltage value of the battery stack 2 or a switch element such as an FET for controlling the current of the power supply path 7 according to the result of the detection element. In addition to being easy, the number of parts and the number of assembly steps are not increased.

また、バッテリ回路1によれば、可溶導体5の溶断により、不可逆的に充放電経路を遮断することから、スイッチ素子の故障やハッキング、クラッキング対する脆弱性にも対応でき、安定的、かつ確実に充放電経路を遮断することができる。   In addition, according to the battery circuit 1, since the charge / discharge path is irreversibly blocked by fusing the fusible conductor 5, it is possible to cope with switch element failures, hacking, and vulnerability to cracking, which is stable and reliable. The charge / discharge path can be interrupted.

なお、バッテリ回路1は、可溶導体5の溶断後は、バッテリセル11の放電による電圧降下によってツェナーダイオード12の降伏電圧を下回ることにより、発熱体6への給電が止まり、発熱が停止される。   Note that, after the fusible conductor 5 is melted, the battery circuit 1 falls below the breakdown voltage of the Zener diode 12 due to the voltage drop due to the discharge of the battery cell 11, thereby stopping the power supply to the heating element 6 and stopping the heat generation. .

また、バッテリ回路1は、図2に示すように、給電経路7上に、2つのツェナーダイオード12を、降伏電圧を印加したときの通電方向が互いに逆向きになるように配置してもよい。通電方向が異なるように複数のツェナーダイオード12を設けることにより、バッテリ回路1は、1つのツェナーダイオード12を用いた場合に逆に接続し、通常使用時おいて給電経路7が通電し、発熱体6の発熱により可溶導体5が溶断する事態を防止できる。   In addition, as shown in FIG. 2, the battery circuit 1 may have two Zener diodes 12 arranged on the power supply path 7 so that the energization directions when a breakdown voltage is applied are opposite to each other. By providing a plurality of zener diodes 12 so that the energization directions are different, the battery circuit 1 is connected in reverse when one zener diode 12 is used, and the power supply path 7 is energized during normal use, and the heating element It is possible to prevent the fusible conductor 5 from fusing due to the heat generated at 6.

また、バッテリ回路1は、図3に示すように、バッテリスタック2を構成する複数のバッテリセル11毎に電流制御素子4を並列接続してもよい。例えば、バッテリスタック2は、4個のバッテリセル11a〜11bが直列に接続されて構成され、各バッテリセル11a〜11dには、通電方向を逆にした一対のツェナーダイオード12a〜12dが並列に接続される。なお、ツェナーダイオード12a〜12dは、バッテリセル11a〜11dとの接続箇所における電圧値に応じて、降伏電圧値も高くなるように設定される。   Moreover, the battery circuit 1 may connect the current control element 4 in parallel for each of the plurality of battery cells 11 constituting the battery stack 2 as shown in FIG. For example, the battery stack 2 is configured by connecting four battery cells 11a to 11b in series, and a pair of zener diodes 12a to 12d having opposite energization directions are connected in parallel to each of the battery cells 11a to 11d. Is done. The Zener diodes 12a to 12d are set so that the breakdown voltage value also increases according to the voltage value at the connection location with the battery cells 11a to 11d.

このように、ツェナーダイオード12が複数のバッテリセル11毎に接続されることにより、バッテリ回路1は、バッテリスタック2の全電圧値が正常であるがバッテリセル11のいずれかが過充電による高電圧状態となっている場合においても、給電経路7を通電させ、発熱体6により可溶導体5を溶断させて充放電経路を遮断することができる。   As described above, the Zener diode 12 is connected to each of the plurality of battery cells 11, so that the battery circuit 1 has a normal voltage value of the battery stack 2 but any one of the battery cells 11 is overcharged due to overcharge. Even in the state, the charging / discharging path can be blocked by energizing the power supply path 7 and fusing the soluble conductor 5 by the heating element 6.

なお、バッテリ回路1は、電流制御素子4として、ツェナーダイオード12を用いる他に、アンチヒューズ素子を用いてもよい。アンチヒューズ素子13は、所定以上の電圧になると短絡し、電流が流れるようになる素子であり、一例として図4に示すように、絶縁基板20上に、空隙21を隔てて配線パターン22a、22bを形成するとともに、配線パターン22a、22bの両方に接し、空隙21を跨ぐように絶縁体層23を形成する。この絶縁体層23は、SiO等により形成することができる。 The battery circuit 1 may use an antifuse element as the current control element 4 in addition to the Zener diode 12. The antifuse element 13 is an element that is short-circuited when a voltage of a predetermined level or higher is reached, and a current flows. For example, as shown in FIG. 4, wiring patterns 22 a and 22 b are provided on an insulating substrate 20 with a gap 21 therebetween. And the insulator layer 23 is formed so as to be in contact with both the wiring patterns 22 a and 22 b and straddle the gap 21. This insulator layer 23 can be formed of SiO 2 or the like.

配線パターン22a、22b間は、空隙21によって絶縁されているが、所定の電圧以上の電圧が印加されると、絶縁体層23による絶縁が破壊され、電流が、一方の配線パターン22aから、絶縁体層23を通り、他方の配線パターン22bに流れる。   The wiring patterns 22a and 22b are insulated by the air gap 21, but when a voltage higher than a predetermined voltage is applied, the insulation by the insulator layer 23 is broken, and the current is insulated from one wiring pattern 22a. It flows through the body layer 23 and flows to the other wiring pattern 22b.

このようなアンチヒューズ素子13によっても、バッテリスタック2、あるいはバッテリセル11のいずれかが高電圧状態となったときに、配線パターン22a、22b間が短絡することにより給電経路7を通電させ、発熱体6の発熱により可溶導体5を溶断させることができる。   Also with such an antifuse element 13, when either the battery stack 2 or the battery cell 11 is in a high voltage state, the power supply path 7 is energized by short-circuiting between the wiring patterns 22a and 22b, thereby generating heat. The soluble conductor 5 can be melted by the heat generated by the body 6.

なお、アンチヒューズ素子13は、図4に示す構成に限らず、同等の機能を発揮するあらゆる構成が含まれる。   The antifuse element 13 is not limited to the configuration shown in FIG. 4 and includes any configuration that exhibits an equivalent function.

また、バッテリ回路1は、電流制御素子4としてアンチヒューズ13を用いる場合には、図5に示すように、発熱体6との接続端の両側に可溶導体5を設けることが好ましい。この場合、バッテリ回路1は、発熱体6が発熱することにより、発熱体6との接続端の両側に設けられた一対の可溶導体5が共に溶断する。これにより、バッテリ回路1は、バッテリセル11の充放電経路が遮断されるとともに、発熱体6への給電経路7も遮断され、発熱体6の発熱が停止される。なお、バッテリ回路1は、電流制御素子4としてツェナーダイオード12を用いた場合においても、発熱体6との接続端の両側に可溶導体5を設けてもよい。   In addition, when the battery circuit 1 uses the antifuse 13 as the current control element 4, it is preferable to provide the soluble conductor 5 on both sides of the connection end with the heating element 6 as shown in FIG. 5. In this case, in the battery circuit 1, when the heating element 6 generates heat, the pair of soluble conductors 5 provided on both sides of the connection end with the heating element 6 are fused together. Thereby, in the battery circuit 1, the charging / discharging path of the battery cell 11 is blocked, the power feeding path 7 to the heating element 6 is also blocked, and the heating of the heating element 6 is stopped. Note that the battery circuit 1 may be provided with the fusible conductor 5 on both sides of the connection end with the heating element 6 even when the Zener diode 12 is used as the current control element 4.

また、バッテリ回路1は、図6に示すように、バッテリスタック2の異常電圧を検出する検出素子8と、発熱体と接続され、検出素子8からの検出信号を受けて発熱体6の給電経路7を通電させるスイッチ素子9を備え、電流制御素子4をスイッチ素子9と並列に接続させてもよい。   Further, as shown in FIG. 6, the battery circuit 1 is connected to a detection element 8 that detects an abnormal voltage of the battery stack 2 and a heating element, and receives a detection signal from the detection element 8 to supply power to the heating element 6. 7 may be provided, and the current control element 4 may be connected in parallel with the switch element 9.

検出素子8は、バッテリスタック2あるいはバッテリスタック2を構成する各バッテリセル11と接続され、高電圧状態となっているか否かを常時モニタするとともに、高電圧状態となった場合には、スイッチ素子9に制御信号を出力する。   The detection element 8 is connected to the battery stack 2 or each battery cell 11 constituting the battery stack 2 and constantly monitors whether or not it is in a high voltage state. 9 outputs a control signal.

スイッチ素子9は、検出素子8の検出結果に応じて保護回路部3の動作を制御するものであり、たとえばFETにより構成され、給電経路7への通電を規制し、検出素子8からの制御信号を受けて給電経路7を通電させる。   The switch element 9 controls the operation of the protection circuit unit 3 in accordance with the detection result of the detection element 8, and is constituted by, for example, an FET, restricts energization to the power supply path 7, and controls the control signal from the detection element 8. In response, the power supply path 7 is energized.

バッテリ回路1は、スイッチ素子9と電流制御素子4とが給電経路7上に並列に接続されている。そして、バッテリ回路1は、充放電経路の遮断を、検出素子8及びスイッチ素子9による方法、又は上述したツェナーダイオード12又はアンチヒューズ素子13等の電流制御素子4によって行う方法の2つの方法を備える。   In the battery circuit 1, the switch element 9 and the current control element 4 are connected in parallel on the power feeding path 7. The battery circuit 1 includes two methods: a method using the detection element 8 and the switch element 9 or a method using the current control element 4 such as the Zener diode 12 or the antifuse element 13 described above to interrupt the charge / discharge path. .

これにより、バッテリ回路1は、検出素子8及びスイッチ素子9、又は電流制御素子4のいずれか一方が故障した場合にも、他方の素子によってバッテリスタック2やバッテリセル11の高電圧状態に対して給電経路7を通電させ、充放電経路を遮断することができる。   Thereby, even when any one of the detection element 8 and the switch element 9 or the current control element 4 fails, the battery circuit 1 can prevent the battery stack 2 and the battery cell 11 from being in a high voltage state. The power feeding path 7 can be energized to block the charge / discharge path.

なお、バッテリ回路1においては、保護回路部3と電流制御素子4とを別個に設けたが、本発明は、図7に示すように、電流制御素子4と、可溶導体5と、発熱体6とを1チップ上に形成することにより、保護回路30としてもよい。   In the battery circuit 1, the protection circuit unit 3 and the current control element 4 are provided separately. However, as shown in FIG. 7, the present invention provides a current control element 4, a soluble conductor 5, and a heating element. 6 may be formed on one chip to form the protection circuit 30.

保護回路30は、可溶導体5の両端が、バッテリ回路等の外部回路31に接続され、当該外部回路31の電流経路の一部を構成する。また、保護回路30は、電流制御素子4及び発熱体6が、外部回路31における、バッテリスタック等の高電圧状態を検出する必要のあるデバイスと並列に接続される。   In the protection circuit 30, both ends of the fusible conductor 5 are connected to an external circuit 31 such as a battery circuit, and constitute a part of the current path of the external circuit 31. The protection circuit 30 is connected in parallel with a device in which the current control element 4 and the heating element 6 need to detect a high voltage state such as a battery stack in the external circuit 31.

かかる保護回路30によっても、外部回路31に組み込まれることにより、正常時においては、電流制御素子4によって給電経路7の通電を規制し、外部回路31が高電圧状態になると給電経路7を通電させて、発熱体6を発熱により可溶導体5を溶断させ、当該外部回路31の電流経路を遮断することができる。   Even when such a protection circuit 30 is incorporated in the external circuit 31, the current control element 4 regulates the energization of the power supply path 7 in a normal state, and the power supply path 7 is energized when the external circuit 31 is in a high voltage state. Thus, the fusible conductor 5 can be blown by the heat generating element 6 by heat generation, and the current path of the external circuit 31 can be cut off.

保護回路30は、バッテリ回路に用いる他にも、高電圧状態を検出することにより電流経路を遮断する必要のある各種外部回路に用いることができる。   The protection circuit 30 can be used not only for a battery circuit but also for various external circuits that need to interrupt a current path by detecting a high voltage state.

1 バッテリ回路、2 バッテリスタック、3 保護回路部、4 電流制御素子、5 可溶導体、6 発熱体、7 給電経路、8 検出素子、9 スイッチ素子、10 バッテリパック、11 バッテリセル、12 ツェナーダイオード、13 アンチヒューズ素子、20 絶縁基板、21 空隙、22 配線パターン、23 絶縁体層、30 保護回路、31 外部回路 DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Battery circuit, 2 Battery stack, 3 Protection circuit part, 4 Current control element, 5 Soluble conductor, 6 Heating element, 7 Feeding path, 8 Detection element, 9 Switch element, 10 Battery pack, 11 Battery cell, 12 Zener diode , 13 Antifuse element, 20 Insulating substrate, 21 Air gap, 22 Wiring pattern, 23 Insulator layer, 30 Protection circuit, 31 External circuit

Claims (14)

バッテリスタックと、
上記バッテリスタックの充放電電流経路に接続された可溶導体と、発熱することにより上記可溶導体を溶断させ上記充放電電流経路を遮断する発熱体とを備えた保護回路部と、
上記発熱体と給電回路を介して直列に接続されるとともに、上記バッテリスタックと並列に接続され、所定の電圧以上の電圧になると上記発熱体に通電させる電流制御素子とを有し、
上記可溶導体は、上記充放電電流経路に対する上記発熱体の接続端の両側に設けられるバッテリ回路。
A battery stack;
A protection circuit unit comprising a soluble conductor connected to the charging / discharging current path of the battery stack, and a heating element that cuts off the charging / discharging current path by fusing the soluble conductor by generating heat;
A current control element that is connected in series via the heating element and the power supply circuit, connected in parallel to the battery stack, and energizes the heating element when the voltage is equal to or higher than a predetermined voltage,
The fusible conductor is a battery circuit provided on both sides of a connection end of the heating element with respect to the charge / discharge current path.
上記電流制御素子は、ツェナーダイオードである請求項1記載のバッテリ回路。   The battery circuit according to claim 1, wherein the current control element is a Zener diode. 通電方向の異なる複数の上記ツェナーダイオードが直列に接続されている請求項2記載のバッ
テリ回路。
The battery circuit according to claim 2, wherein a plurality of the Zener diodes having different energization directions are connected in series.
上記電流制御素子が上記バッテリスタックのバッテリセル毎に並列に接続されている請
求項1〜3のいずれか1項に記載のバッテリ回路。
The battery circuit according to claim 1, wherein the current control element is connected in parallel for each battery cell of the battery stack.
上記バッテリスタックの異常電圧を検出する検出素子と、
上記発熱体と接続され、上記検出素子からの検出信号を受けて上記発熱体に通電させる
スイッチ素子を備え、
上記電流制御素子は、上記スイッチ素子と並列に接続されている請求項1〜3のいずれ
か1項に記載のバッテリ回路。
A detecting element for detecting an abnormal voltage of the battery stack;
A switch element connected to the heating element and receiving a detection signal from the detection element to energize the heating element;
The battery circuit according to claim 1, wherein the current control element is connected in parallel with the switch element.
上記電流制御素子は、アンチヒューズである請求項1記載のバッテリ回路。   The battery circuit according to claim 1, wherein the current control element is an antifuse. バッテリスタックと、
上記バッテリスタックの充放電電流経路に接続された可溶導体と、発熱することにより上記可溶導体を溶断させ上記充放電電流経路を遮断する発熱体とを備えた保護回路部と、
上記発熱体と直列に接続されるとともに、上記バッテリスタックと並列に接続され、所定の電圧以上の電圧になると上記発熱体に通電させる電流制御素子とを有し、
上記電流制御素子は、通電方向の異なる複数のツェナーダイオードが直列に接続されているバッテリ回路。
A battery stack;
A protection circuit unit comprising a soluble conductor connected to the charging / discharging current path of the battery stack, and a heating element that cuts off the charging / discharging current path by fusing the soluble conductor by generating heat;
A current control element connected in series with the heating element, connected in parallel with the battery stack, and energized to the heating element when the voltage is equal to or higher than a predetermined voltage;
The current control element is a battery circuit in which a plurality of Zener diodes having different energization directions are connected in series.
上記電流制御素子が上記バッテリスタックのバッテリセル毎に並列に接続されている請求項7に記載のバッテリ回路。   The battery circuit according to claim 7, wherein the current control element is connected in parallel for each battery cell of the battery stack. バッテリスタックと、
上記バッテリスタックの充放電電流経路に接続された可溶導体と、発熱することにより上記可溶導体を溶断させ上記充放電電流経路を遮断する発熱体とを備えた保護回路部と、
上記発熱体と直列に接続されるとともに、上記バッテリスタックと並列に接続され、所定の電圧以上の電圧になると上記発熱体に通電させる電流制御素子と、
上記バッテリスタックの異常電圧を検出する検出素子と、
上記発熱体と接続され、上記検出素子からの検出信号を受けて上記発熱体に通電させるスイッチ素子とを備え、
上記電流制御素子は、上記スイッチ素子と並列に接続されているバッテリ回路。
A battery stack;
A protection circuit unit comprising a soluble conductor connected to the charging / discharging current path of the battery stack, and a heating element that cuts off the charging / discharging current path by fusing the soluble conductor by generating heat;
A current control element connected in series with the heating element, connected in parallel with the battery stack, and energizes the heating element when the voltage is equal to or higher than a predetermined voltage;
A detecting element for detecting an abnormal voltage of the battery stack;
A switch element connected to the heating element, receiving a detection signal from the detection element and energizing the heating element;
The current control element is a battery circuit connected in parallel with the switch element.
上記電流制御素子は、ツェナーダイオードまたはアンチヒューズである請求項9記載のバッテリ回路。   The battery circuit according to claim 9, wherein the current control element is a Zener diode or an antifuse. 外部回路の電流経路に接続される可溶導体と、
発熱することにより上記可溶導体を溶断させ上記外部回路を遮断する発熱体と、
上記発熱体と直列に接続されるとともに、上記外部回路と並列に接続され、所定の電圧以上の電圧になると上記発熱体に通電させる電流制御素子とを有し、
上記可溶導体は、上記電流経路に対する上記発熱体の接続端の両側に設けられる保護回路。
A fusible conductor connected to the current path of the external circuit;
A heating element that cuts off the external circuit by fusing the soluble conductor by generating heat; and
A current control element connected in series with the heating element, connected in parallel with the external circuit, and energizing the heating element when the voltage is equal to or higher than a predetermined voltage;
The fusible conductor is a protection circuit provided on both sides of a connection end of the heating element with respect to the current path.
外部回路の電流経路に接続される可溶導体と、
発熱することにより上記可溶導体を溶断させ上記外部回路を遮断する発熱体と、
上記発熱体と直列に接続されるとともに、上記外部回路と並列に接続され、所定の電圧以上の電圧になると上記発熱体に通電させる電流制御素子とを有し、
上記電流制御素子は、通電方向の異なる複数のツェナーダイオードが直列に接続されている保護回路。
A fusible conductor connected to the current path of the external circuit;
A heating element that cuts off the external circuit by fusing the soluble conductor by generating heat; and
A current control element connected in series with the heating element, connected in parallel with the external circuit, and energizing the heating element when the voltage is equal to or higher than a predetermined voltage;
The current control element is a protection circuit in which a plurality of Zener diodes having different energization directions are connected in series.
外部回路の電流経路に接続される可溶導体と、
発熱することにより上記可溶導体を溶断させ上記外部回路を遮断する発熱体と、
上記発熱体と直列に接続されるとともに、上記外部回路と並列に接続され、所定の電圧以上の電圧になると上記発熱体に通電させる電流制御素子と、
上記外部回路の異常電圧を検出する検出素子と、
上記発熱体と接続され、上記検出素子からの検出信号を受けて上記発熱体に通電させるスイッチ素子とを備え、
上記電流制御素子は、上記スイッチ素子と並列に接続されている保護回路。
A fusible conductor connected to the current path of the external circuit;
A heating element that cuts off the external circuit by fusing the soluble conductor by generating heat; and
A current control element connected in series with the heating element, connected in parallel with the external circuit, and energizes the heating element when a voltage equal to or higher than a predetermined voltage,
A detecting element for detecting an abnormal voltage of the external circuit ;
A switch element connected to the heating element, receiving a detection signal from the detection element and energizing the heating element;
The current control element is a protection circuit connected in parallel with the switch element.
上記電流制御素子は、ツェナーダイオードまたはアンチヒューズである請求項11〜13のいずれか1項に記載の保護回路。   The protection circuit according to claim 11, wherein the current control element is a Zener diode or an antifuse.
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