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(19)【発行国】日本国特許庁(JP)
(12)【公報種別】公開特許公報(A)
(11)【公開番号】P2024114859
(43)【公開日】2024-08-23
(54)【発明の名称】保護回路
(51)【国際特許分類】
H02H 7/18 20060101AFI20240816BHJP
H02J 7/00 20060101ALI20240816BHJP
【ＦＩ】
H02H7/18
H02J7/00 S
【審査請求】有
【請求項の数】9
【出願形態】ＯＬ
(21)【出願番号】P 2024103368
(22)【出願日】2024-06-26
(62)【分割の表示】P 2021090220の分割
【原出願日】2021-05-28
(31)【優先権主張番号】P 2020094274
(32)【優先日】2020-05-29
(33)【優先権主張国・地域又は機関】JP
(71)【出願人】
【識別番号】000108410
【氏名又は名称】デクセリアルズ株式会社
(74)【代理人】
【識別番号】100165179
【弁理士】
【氏名又は名称】田▲崎▼ 聡
(74)【代理人】
【識別番号】100215935
【弁理士】
【氏名又は名称】阿部 茂輝
(74)【代理人】
【識別番号】100142424
【弁理士】
【氏名又は名称】細川 文広
(74)【代理人】
【識別番号】100114937
【弁理士】
【氏名又は名称】松本 裕幸
(72)【発明者】
【氏名】米田 吉弘
(57)【要約】
【課題】高い安全性を実現することができる保護回路を提供する。
【解決手段】保護回路１Ｄは、保護素子１０Ａ、複数の二次電池セル２０、外部正極端子３０ａ、外部負極端子３０ｂ、補助電源４０、第１の制御デバイス５０、スイッチ６０を備える。保護素子１０Ａは、両端が第１の端子１１と第２の端子１２に接続された第１の可溶導体１５と、第３の端子１３と第４の端子１４の間の第１の通電経路Ｐ１Ｂに設置された発熱体１６とを有する。第１の端子１１と第２の端子１２が接続された第２の通電経路Ｐ２Ｂと、第３の端子１３から補助電源４０及びスイッチ６０を介して第４の端子１４に繋がる第３の通電経路Ｐ３Ｂとが接続されている。第１の制御デバイス５０からの信号によりスイッチ６０が通電する様に切替えられ、保護素子１０Ａの発熱体１６が発熱し第１の可溶導体１５が溶断されて複数の二次電池セル２０と外部負極端子３０ｂ間を遮断する。
【選択図】図５
【解決手段】保護回路１Ｄは、保護素子１０Ａ、複数の二次電池セル２０、外部正極端子３０ａ、外部負極端子３０ｂ、補助電源４０、第１の制御デバイス５０、スイッチ６０を備える。保護素子１０Ａは、両端が第１の端子１１と第２の端子１２に接続された第１の可溶導体１５と、第３の端子１３と第４の端子１４の間の第１の通電経路Ｐ１Ｂに設置された発熱体１６とを有する。第１の端子１１と第２の端子１２が接続された第２の通電経路Ｐ２Ｂと、第３の端子１３から補助電源４０及びスイッチ６０を介して第４の端子１４に繋がる第３の通電経路Ｐ３Ｂとが接続されている。第１の制御デバイス５０からの信号によりスイッチ６０が通電する様に切替えられ、保護素子１０Ａの発熱体１６が発熱し第１の可溶導体１５が溶断されて複数の二次電池セル２０と外部負極端子３０ｂ間を遮断する。
【選択図】図５
【特許請求の範囲】
【請求項1】
第１の端子と、第２の端子と、両端が前記第１の端子と前記第２の端子に接続された第１の可溶導体と、第３の端子と、第４の端子と、前記第３の端子と前記第４の端子の間の第１の通電経路に設置された発熱体とを有する保護素子と、
直列に接続された複数の二次電池セルと、
外部正極端子及び外部負極端子と、
補助電源と、
前記複数の二次電池セルの電圧を監視し異常を検知して信号を出力する制御デバイスと、
前記制御デバイスの信号を受けて通電を切り替えるスイッチとを備え、
前記制御デバイスは前記複数の二次電池セルと接続され、
前記保護素子の前記第１の端子及び前記第２の端子は、前記複数の二次電池セルの正極端と前記外部正極端子との間もしくは前記複数の二次電池セルの負極端と前記外部負極端子との間の第２の通電経路に設置され、
前記保護素子の前記第３の端子及び前記第４の端子は、前記補助電源及び前記スイッチと直列に且つループ状に接続され、
前記保護素子の前記第１の端子と前記第２の端子が接続された前記第２の通電経路と、前記第３の端子から前記補助電源及び前記スイッチを介して前記第４の端子に繋がる第３の通電経路とが接続され、
前記制御デバイスからの前記信号により前記スイッチが通電する様に切り替えられ、前記保護素子の前記発熱体が発熱し前記第１の可溶導体が溶断されて前記複数の二次電池セルと前記外部正極端子間もしくは前記複数の二次電池セルと前記外部負極端子間を遮断する保護回路。
直列に接続された複数の二次電池セルと、
外部正極端子及び外部負極端子と、
補助電源と、
前記複数の二次電池セルの電圧を監視し異常を検知して信号を出力する制御デバイスと、
前記制御デバイスの信号を受けて通電を切り替えるスイッチとを備え、
前記制御デバイスは前記複数の二次電池セルと接続され、
前記保護素子の前記第１の端子及び前記第２の端子は、前記複数の二次電池セルの正極端と前記外部正極端子との間もしくは前記複数の二次電池セルの負極端と前記外部負極端子との間の第２の通電経路に設置され、
前記保護素子の前記第３の端子及び前記第４の端子は、前記補助電源及び前記スイッチと直列に且つループ状に接続され、
前記保護素子の前記第１の端子と前記第２の端子が接続された前記第２の通電経路と、前記第３の端子から前記補助電源及び前記スイッチを介して前記第４の端子に繋がる第３の通電経路とが接続され、
前記制御デバイスからの前記信号により前記スイッチが通電する様に切り替えられ、前記保護素子の前記発熱体が発熱し前記第１の可溶導体が溶断されて前記複数の二次電池セルと前記外部正極端子間もしくは前記複数の二次電池セルと前記外部負極端子間を遮断する保護回路。
【請求項2】
前記保護素子の前記発熱体と前記第３の端子の間もしくは前記保護素子の前記発熱体と前記第４の端子の間に、第２の可溶導体を有する、請求項１に記載の保護回路。
【請求項3】
前記保護素子の前記発熱体と前記第３の端子の間に第２の可溶導体を有し、前記発熱体と前記第４の端子の間に第３の可溶導体を有する、請求項１に記載の保護回路。
【請求項4】
第１の端子と、第２の端子と、両端が前記第１の端子と前記第２の端子に接続された第１の可溶導体と、第３の端子と、前記第３の端子と前記第１の端子もしくは前記第２の端子との間の第１の通電経路に設置された発熱体とを有する保護素子と、
直列に接続された複数の二次電池セルと、
外部正極端子及び外部負極端子と、
補助電源と、
前記複数の二次電池セルの電圧を監視し異常を検知して信号を出力する制御デバイスと、
前記制御デバイスの信号を受けて通電を切り替えるスイッチとを備え、
前記制御デバイスは前記複数の二次電池セルと接続され、
前記保護素子の前記第１の端子と前記第２の端子は、前記複数の二次電池セルの正極端と前記外部正極端子との間もしくは前記複数の二次電池セルの負極端と前記外部負極端子との間の第２の通電経路に設置され、
前記保護素子の前記第３の端子は、前記補助電源と前記スイッチとを経由し、前記保護素子の前記第１の端子と前記第２の端子が接続された前記第２の通電経路に接続され、 前記制御デバイスからの前記信号により前記スイッチが通電する様に切り替えられ、前記保護素子の前記発熱体が発熱し前記第１の可溶導体が溶断されて前記複数の二次電池セルと前記外部正極端子間もしくは前記複数の二次電池セルと前記外部負極端子間を遮断する保護回路。
直列に接続された複数の二次電池セルと、
外部正極端子及び外部負極端子と、
補助電源と、
前記複数の二次電池セルの電圧を監視し異常を検知して信号を出力する制御デバイスと、
前記制御デバイスの信号を受けて通電を切り替えるスイッチとを備え、
前記制御デバイスは前記複数の二次電池セルと接続され、
前記保護素子の前記第１の端子と前記第２の端子は、前記複数の二次電池セルの正極端と前記外部正極端子との間もしくは前記複数の二次電池セルの負極端と前記外部負極端子との間の第２の通電経路に設置され、
前記保護素子の前記第３の端子は、前記補助電源と前記スイッチとを経由し、前記保護素子の前記第１の端子と前記第２の端子が接続された前記第２の通電経路に接続され、 前記制御デバイスからの前記信号により前記スイッチが通電する様に切り替えられ、前記保護素子の前記発熱体が発熱し前記第１の可溶導体が溶断されて前記複数の二次電池セルと前記外部正極端子間もしくは前記複数の二次電池セルと前記外部負極端子間を遮断する保護回路。
【請求項5】
前記保護素子の前記発熱体と前記第３の端子の間に第２の可溶導体を有する、請求項４に記載の保護回路。
【請求項6】
前記保護素子の前記発熱体と前記第３の端子の間に第２の可溶導体を有し、前記発熱体と前記第１の端子もしくは前記第２の端子との間に第３の可溶導体を有する、請求項４に記載の保護回路。
【請求項7】
前記保護素子の前記第１の端子と前記第２の端子が接続された前記第２の通電経路の極と前記補助電源の前記第３の端子に繋がる側の極と反対の極とが同極で接続されている、請求項１～６のいずれか１項に記載の保護回路。
【請求項8】
前記第１の可溶導体は、低融点金属層と高融点金属層とを含む積層体である、請求項１～７のいずれか１項に記載の保護回路。
【請求項9】
前記低融点金属層は、ＳｎもしくはＳｎを主成分とする合金で構成され、前記高融点金属層は、Ａｇ若しくはＣｕ、又はＡｇ若しくはＣｕを主成分とする合金で構成される、請求項８に記載の保護回路。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本発明は、保護回路に関し、例えば、二次電池の充放電回路に設けられる保護回路に関する。
【背景技術】
【0002】
リチウムイオン電池は、ノートパソコン等のモバイル機器の電源として広く用いられている。リチウムイオン電池などの二次電池の保護回路には、表面実装型ヒーター付きヒューズ（Ｓｅｌｆ Ｃｏｎｔｒｏｌ Ｐｒｏｔｅｃｔｏｒ、以下ＳＣＰともいう）が搭載され、過電圧の異常時には二次電池自体からヒーターに給電されて発熱し、ヒューズエレメントを溶断する。
【0003】
例えば、従来の保護回路として、図１３（ａ）及び図１３（ｂ）に示すように、通電経路上に接続されたヒューズエレメント１１１，１１１と、ヒューズエレメント１１１，１１１に接続され、ヒューズエレメント１１１，１１１を加熱により溶断可能なヒーター１１２と、を有するＳＣＰ１１０と、上記通電経路に接続されたバッテリ１２０のバッテリセル１２１，１２１，・・・の異常を検出するＩＣ１３０と、ＩＣ１３０の検出結果に基づいて、ＳＣＰ１１０のヒーター１１２への通電を行うように動作するＦＥＴ１４０と、バッテリ１２０全体の異常を検出するＩＣ１５０と、ＩＣ１５０の検出結果に基づいて、ＳＣＰ１１０のヒーター１１２への通電を行うように動作するＦＥＴ１６０，１６０とを備える保護回路１００がある。この保護回路１００では、各バッテリセルの異常が検出された場合、ＦＥＴ１４０がオンとなり、バッテリ１２０からＳＣＰ１１０のヒーター１１２に給電されて発熱し、ヒューズエレメント１１１が溶断される。
【0004】
また、従来の他の保護回路として、データサーバーとインターネット回線との間に可溶導体（ヒューズエレメント）を配置し、上記可溶導体とは独立して設けられた発熱体と、発熱体専用の外部電源とを備えた保護回路が提案されている（特許文献１）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【0005】
【特許文献1】特開２０１５－４６３１６号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0006】
しかしながら、図１３（ａ）のような従来の保護回路を動力用途としての大容量二次電池の充放電回路に搭載した場合、桁違いの高電圧、大電流によってヒーターが破壊されてしまうという問題がある。昨今、二次電池としてのリチウムイオン電池は、モバイル機器用途からＥＶや蓄電池などの用途に発展しており、大容量化が進んでいる。また、リチウムイオン電池の大容量化に伴い、電圧は数百ボルトの高電圧仕様、電流も数百アンペアの大電流仕様となっており、これらのニーズに対応できる安全性の高い保護回路が求められている。
【0007】
特許文献１の保護回路では、データサーバーなどの外部回路の種類によらず、発熱体に対して可溶導体を溶断させるのに十分な発熱量を得る電力を供給でき、外部回路として微弱な電流を流すデジタル信号回路に適用できるとされている。すなわち、特許文献１では保護回路を信号回路に適用してハッキングなどに因る情報の流出を防止する構成が開示されている程度であり、保護回路を動力用途としての二次電池の充放電回路に適用することの開示、示唆は無い。また、回路電圧が数十ボルトの低電圧仕様であれば上記保護回路を適用できるとも考えられるが、数百ボルト、数百アンペアといった大電圧、大電流仕様の場合、発熱体の耐電圧や可溶導体遮断後の絶縁性の確保が困難であるため、大容量二次電池の充放電回路に上記保護回路を適用することは困難である。
【0008】
本発明の目的は、二次電池の充放電回路を確実に遮断して、高い安全性を実現することができる保護回路を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【0009】
上記目的を達成するために、本発明は以下の手段を提供する。
【0010】
［１］第１の端子と、第２の端子と、両端が前記第１の端子と前記第２の端子に接続された第１の可溶導体と、第３の端子と、第４の端子と、前記第３の端子と前記第４の端子の間の第１の通電経路に設置された発熱体とを有する保護素子と、
直列に接続された複数の二次電池セルと、
外部正極端子及び外部負極端子と、
前記複数の二次電池セルと電気的に独立して設けられた補助電源と、
前記複数の二次電池セルの電圧を監視し異常を検知して信号を出力する制御デバイスと、
前記制御デバイスの信号を受けて通電を切り替えるスイッチとを備え、
前記制御デバイスは前記複数の二次電池セルと接続され、
前記保護素子の前記第１の端子及び前記第２の端子は、前記複数の二次電池セルの正極端と前記外部正極端子との間もしくは前記複数の二次電池セルの負極端と上記外部負極端子との間の第２の通電経路に設置され、
前記保護素子の前記第３の端子及び前記第４の端子は、前記補助電源及び前記スイッチと直列に且つループ状に接続され、
前記制御デバイスからの前記信号により前記スイッチが通電する様に切り替えられ、前記保護素子の前記発熱体が発熱し前記第１の可溶導体が溶断されて前記複数の二次電池セルと前記外部正極端子間もしくは前記複数の二次電池セルと前記外部負極端子間を遮断する保護回路。
直列に接続された複数の二次電池セルと、
外部正極端子及び外部負極端子と、
前記複数の二次電池セルと電気的に独立して設けられた補助電源と、
前記複数の二次電池セルの電圧を監視し異常を検知して信号を出力する制御デバイスと、
前記制御デバイスの信号を受けて通電を切り替えるスイッチとを備え、
前記制御デバイスは前記複数の二次電池セルと接続され、
前記保護素子の前記第１の端子及び前記第２の端子は、前記複数の二次電池セルの正極端と前記外部正極端子との間もしくは前記複数の二次電池セルの負極端と上記外部負極端子との間の第２の通電経路に設置され、
前記保護素子の前記第３の端子及び前記第４の端子は、前記補助電源及び前記スイッチと直列に且つループ状に接続され、
前記制御デバイスからの前記信号により前記スイッチが通電する様に切り替えられ、前記保護素子の前記発熱体が発熱し前記第１の可溶導体が溶断されて前記複数の二次電池セルと前記外部正極端子間もしくは前記複数の二次電池セルと前記外部負極端子間を遮断する保護回路。
【0011】
［２］前記保護素子の前記発熱体と前記第３の端子の間もしくは前記保護素子の前記発熱体と前記第４の端子の間に、第２の可溶導体を有する、上記［１］に記載の保護回路。
【0012】
［３］前記保護素子の前記発熱体と前記第３の端子の間に第２の可溶導体を有し、前記発熱体と前記第４の端子の間に第３の可溶導体を有する、上記［１］に記載の保護回路。
【0013】
［４］第１の端子と、第２の端子と、両端が前記第１の端子と前記第２の端子に接続された第１の可溶導体と、第３の端子と、第４の端子と、前記第３の端子と前記第４の端子の間の第１の通電経路に設置された発熱体とを有する保護素子と、
直列に接続された複数の二次電池セルと、
外部正極端子及び外部負極端子と、
補助電源と、
前記複数の二次電池セルの電圧を監視し異常を検知して信号を出力する制御デバイスと、
前記制御デバイスの信号を受けて通電を切り替えるスイッチとを備え、
前記制御デバイスは前記複数の二次電池セルと接続され、
前記保護素子の前記第１の端子及び前記第２の端子は、前記複数の二次電池セルの正極端と前記外部正極端子との間もしくは前記複数の二次電池セルの負極端と前記外部負極端子との間の第２の通電経路に設置され、
前記保護素子の前記第３の端子及び前記第４の端子は、前記補助電源及び前記スイッチと直列に且つループ状に接続され、
前記保護素子の前記第１の端子と前記第２の端子が接続された前記第２の通電経路と、前記第３の端子から前記補助電源及び前記スイッチを介して前記第４の端子に繋がる第３の通電経路とが接続され、
前記制御デバイスからの前記信号により前記スイッチが通電する様に切り替えられ、前記保護素子の前記発熱体が発熱し前記第１の可溶導体が溶断されて前記複数の二次電池セルと前記外部正極端子間もしくは前記複数の二次電池セルと前記外部負極端子間を遮断する保護回路。
直列に接続された複数の二次電池セルと、
外部正極端子及び外部負極端子と、
補助電源と、
前記複数の二次電池セルの電圧を監視し異常を検知して信号を出力する制御デバイスと、
前記制御デバイスの信号を受けて通電を切り替えるスイッチとを備え、
前記制御デバイスは前記複数の二次電池セルと接続され、
前記保護素子の前記第１の端子及び前記第２の端子は、前記複数の二次電池セルの正極端と前記外部正極端子との間もしくは前記複数の二次電池セルの負極端と前記外部負極端子との間の第２の通電経路に設置され、
前記保護素子の前記第３の端子及び前記第４の端子は、前記補助電源及び前記スイッチと直列に且つループ状に接続され、
前記保護素子の前記第１の端子と前記第２の端子が接続された前記第２の通電経路と、前記第３の端子から前記補助電源及び前記スイッチを介して前記第４の端子に繋がる第３の通電経路とが接続され、
前記制御デバイスからの前記信号により前記スイッチが通電する様に切り替えられ、前記保護素子の前記発熱体が発熱し前記第１の可溶導体が溶断されて前記複数の二次電池セルと前記外部正極端子間もしくは前記複数の二次電池セルと前記外部負極端子間を遮断する保護回路。
【0014】
［５］前記保護素子の前記発熱体と前記第３の端子の間もしくは前記保護素子の前記発熱体と前記第４の端子の間に、第２の可溶導体を有する、上記［４］に記載の保護回路。
【0015】
［６］前記保護素子の前記発熱体と前記第３の端子の間に第２の可溶導体を有し、前記発熱体と前記第４の端子の間に第３の可溶導体を有する、上記［４］に記載の保護回路。
【0016】
［７］第１の端子と、第２の端子と、両端が前記第１の端子と前記第２の端子に接続された第１の可溶導体と、第３の端子と、前記第３の端子と前記第１の端子もしくは前記第２の端子との間の第１の通電経路に設置された発熱体とを有する保護素子と、
直列に接続された複数の二次電池セルと、
外部正極端子及び外部負極端子と、
補助電源と、
前記複数の二次電池セルの電圧を監視し異常を検知して信号を出力する制御デバイスと、
前記制御デバイスの信号を受けて通電を切り替えるスイッチとを備え、
前記制御デバイスは前記複数の二次電池セルと接続され、
前記保護素子の前記第１の端子と前記第２の端子は、前記複数の二次電池セルの正極端と前記外部正極端子との間もしくは前記複数の二次電池セルの負極端と前記外部負極端子との間の第２の通電経路に設置され、
前記保護素子の前記第３の端子は、前記補助電源と前記スイッチとを経由し、前記保護素子の前記第１の端子と前記第２の端子が接続された前記第２の通電経路に接続され、 前記制御デバイスからの前記信号により前記スイッチが通電する様に切り替えられ、前記保護素子の前記発熱体が発熱し前記第１の可溶導体が溶断されて前記複数の二次電池セルと前記外部正極端子間もしくは前記複数の二次電池セルと前記外部負極端子間を遮断する保護回路。
直列に接続された複数の二次電池セルと、
外部正極端子及び外部負極端子と、
補助電源と、
前記複数の二次電池セルの電圧を監視し異常を検知して信号を出力する制御デバイスと、
前記制御デバイスの信号を受けて通電を切り替えるスイッチとを備え、
前記制御デバイスは前記複数の二次電池セルと接続され、
前記保護素子の前記第１の端子と前記第２の端子は、前記複数の二次電池セルの正極端と前記外部正極端子との間もしくは前記複数の二次電池セルの負極端と前記外部負極端子との間の第２の通電経路に設置され、
前記保護素子の前記第３の端子は、前記補助電源と前記スイッチとを経由し、前記保護素子の前記第１の端子と前記第２の端子が接続された前記第２の通電経路に接続され、 前記制御デバイスからの前記信号により前記スイッチが通電する様に切り替えられ、前記保護素子の前記発熱体が発熱し前記第１の可溶導体が溶断されて前記複数の二次電池セルと前記外部正極端子間もしくは前記複数の二次電池セルと前記外部負極端子間を遮断する保護回路。
【0017】
［８］前記保護素子の前記発熱体と前記第３の端子の間に第２の可溶導体を有する、上記［７］に記載の保護回路。
【0018】
［９］前記保護素子の前記発熱体と前記第３の端子の間に第２の可溶導体を有し、前記発熱体と前記第１の端子もしくは前記第２の端子との間に第３の可溶導体を有する、上記［７］に記載の保護回路。
【0019】
［１０］前記保護素子の前記第１の端子と前記第２の端子が接続された前記第２の通電経路の極と前記補助電源の前記第３の端子に繋がる側の極と反対の極とが同極で接続されている、上記［４］～［９］のいずれかに記載の保護回路。
【0020】
［１１］前記第１の可溶導体は、低融点金属層と高融点金属層とを含む積層体である、上記［４］～［１０］のいずれかに記載の保護回路。
【0021】
［１２］前記低融点金属層は、ＳｎもしくはＳｎを主成分とする合金で構成され、前記高融点金属層は、Ａｇ若しくはＣｕ、又はＡｇ若しくはＣｕを主成分とする合金で構成される、上記［１１］に記載の保護回路。
【発明の効果】
【0022】
本発明によれば、二次電池の充放電回路を確実に遮断して、高い安全性を実現することができる。
【図面の簡単な説明】
【0023】
【発明を実施するための形態】
【0024】
以下、本発明の実施形態について、図面を参照して詳細に説明する。以下の説明で用いる図面は、特徴をわかりやすくするために便宜上特徴となる部分を拡大して示している場合があり、各構成要素の寸法比率などは実際とは異なっていることがある。以下の説明において例示される材料、寸法等は一例であって、本発明はそれらに限定されるものではなく、本発明の効果を奏する範囲で適宜変更して実施することが可能である。
【0025】
図１（ａ）は、本発明の第１実施形態に係る保護回路の構成の一例を概略的に示す回路図である。
図１（ａ）に示すように、保護回路１Ａは、保護素子１０Ａ、複数の二次電池セル２０，２０，・・・、外部正極端子３０ａ及び外部負極端子３０ｂ、補助電源４０、第１の制御デバイス５０（制御デバイス）及びスイッチ６０を備える。複数の二次電池セル２０，２０，・・・は直列に接続されており、複数の二次電池セル２０，２０，・・・の正極端２０ａが後述の外部正極端子に接続され、負極端２０ｂが後述の外部不負極端子に接続されている。複数の二次電池セル２０，２０，・・・は、二次電池であり、例えばリチウムイオン二次電池などが挙げられる。複数の二次電池セル２０，２０，・・・の全電圧は、蓄電池用途の場合は少なくとも１００Ｖ以上であり、ＥＶ用途となると例えば３５０Ｖ以上８００Ｖ以下である。保護回路１Ａは、外部正極端子３０ａ及び外部負極端子３０ｂを有しており、これら外部正極端子３０ａ及び外部負極端子３０ｂを介して外部の充電装置に接続されている。
図１（ａ）に示すように、保護回路１Ａは、保護素子１０Ａ、複数の二次電池セル２０，２０，・・・、外部正極端子３０ａ及び外部負極端子３０ｂ、補助電源４０、第１の制御デバイス５０（制御デバイス）及びスイッチ６０を備える。複数の二次電池セル２０，２０，・・・は直列に接続されており、複数の二次電池セル２０，２０，・・・の正極端２０ａが後述の外部正極端子に接続され、負極端２０ｂが後述の外部不負極端子に接続されている。複数の二次電池セル２０，２０，・・・は、二次電池であり、例えばリチウムイオン二次電池などが挙げられる。複数の二次電池セル２０，２０，・・・の全電圧は、蓄電池用途の場合は少なくとも１００Ｖ以上であり、ＥＶ用途となると例えば３５０Ｖ以上８００Ｖ以下である。保護回路１Ａは、外部正極端子３０ａ及び外部負極端子３０ｂを有しており、これら外部正極端子３０ａ及び外部負極端子３０ｂを介して外部の充電装置に接続されている。
【0026】
保護素子１０Ａは、図１（ｂ）に示すように、第１の端子１１と、第２の端子１２と、両端が第１の端子１１と第２の端子１２に接続された第１の可溶導体１５と、第３の端子１３と、第４の端子１４と、第３の端子１３と第４の端子１４の間の第１の通電経路Ｐ１Ａに設置された発熱体１６とを有する。本実施形態では、保護素子１０Ａの第１の端子１１及び第２の端子１２は、複数の二次電池セル２０，２０，・・・の負極端２０ｂと外部負極端子３０ｂとの間の第２の通電経路Ｐ２Ａに設置されている。また、保護素子１０Ａの第３の端子１３及び第４の端子１４は、補助電源４０及びスイッチ６０と直列に且つループ状に接続されている。
【0027】
第１の可溶導体１５は、例えば、不図示の筐体内に収容されたヒューズエレメントで構成されている。ヒューズエレメントは、例えば薄片状あるいは棒状である。第１の可溶導体１５の一端１５ａは第１の端子１１に、他端１５ｂは第２の端子１２にそれぞれ接続されている。
【0028】
第１の可溶導体１５は、低融点金属層と、該低融点金属よりも融点の高い高融点金属で構成された高融点金属層とを含む積層体であるのが好ましい。また、第１の可溶導体１５は、内層としての低融点金属層と、上記内層としての低融点金属層を被覆する外層としての高融点金属層とで構成される被覆構造を有するのがより好ましい。例えば、第１の可溶導体１５は、内層と、これを挟む外層とが厚み方向に積層された３層構造の積層体であって、内層と外層とが軟化温度の異なる材料からなるものであってもよい。このような第１の可溶導体１５では、積層体の内層と外層のうち、軟化温度の低い材料の層において固相と液相の混在状態が先に始まり、軟化温度の高い材料の層が軟化温度に達する前に切断され得る。
【0029】
上記低融点金属層は、例えばＳｎもしくはＳｎを主成分とする合金で構成される。Ｓｎの融点は２３２℃であるため、Ｓｎを主成分とする金属は低融点であり、低温で柔らかくなる。例えば、Ｓｎ／Ａｇ３％／Ｃｕ０．５％合金の固相線は２１７℃である。また、上記低融点金属層を構成する材料として、従来からヒューズ材料として使用されている種々の低融点金属を用いることができる。低融点金属としては、ＳｎＳｂ合金、ＢｉＳｎＰｂ合金、ＢｉＰｂＳｎ合金、ＢｉＰｂ合金、ＢｉＳｎ合金、ＳｎＰｂ合金、ＳｎＡｇ合金、ＳｎＡｇＣｕ合金、ＰｂＩｎ合金、ＺｎＡｌ合金、ＩｎＳｎ合金、ＰｂＡｇＳｎ合金等を挙げることができる。
【0030】
上記高融点金属層を構成する材料は、例えばＡｇ若しくはＣｕ、又はＡｇ若しくはＣｕを主成分とする合金で構成される。Ａｇの融点は９６２℃、銅の融点は１０８５℃であるため、Ａｇ若しくはＣｕを主成分とする金属からなる層は、低融点金属からなる層が柔らかくなる温度では剛性が維持される。
【0031】
発熱体１６は、板状部材であり、例えば絶縁基板と、該絶縁基板上に形成された発熱部とを有する。発熱体１６は、例えば第１の可溶導体１５と当接して配置されるか或いは第１の可溶導体１５の直上に配置される。この場合、発熱体１６は、第１の可溶導体１５を加熱して軟化させる機能と、後述する押圧手段の押圧力を第１の可溶導体１５に付与して当該第１の可溶導体１５を切断する機能とを有するのが好ましい。
【0032】
上記絶縁基板としては、公知の絶縁性を有する基板を用いることができ、例えば、アルミナ、ガラスセラミックス、ムライト、ジルコニアなどからなるものが挙げられる。
【0033】
上記発熱部は、通電されることにより発熱する導電性材料からなる抵抗体であることが好ましい。発熱部の材料としては、例えば、ニクロム、Ｗ、Ｍｏ、Ｒｕなどの金属を含む材料が挙げられる。この発熱部は、例えば、酸化ルテニウムやカーボンブラック等の導電材料と、水ガラス等の無機系バインダや熱硬化性樹脂等の有機系バインダとからなる抵抗ペーストを塗布し、必要に応じて焼成することによって形成される。また、発熱部としては、酸化ルテニウムやカーボンブラック等の薄膜を、印刷、メッキ、蒸着、スパッタの工程を経て形成してもよく、これらフィルムの貼付や積層等によって形成してもよい。
【0034】
図２（ａ）及び図２（ｂ）は、図１（ｂ）の保護素子１０Ａの構造例を示す断面図である。図２（ａ）及び図２（ｂ）の保護素子１０Ａの構造は例示であり、本発明の保護素子の構造はこれに限定されない。
図２（ａ）に示すように、保護素子１０Ａは、一端２ａ及び他端２ｂの間に切断部２ｃを有するヒューズエレメント（第１の可溶導体）２と、発熱体３ａ及び凸状部材３ｂを有する可動部材３と、凹状部材４と、押圧手段５と、ケース６とを備えている。
図２（ａ）に示すように、保護素子１０Ａは、一端２ａ及び他端２ｂの間に切断部２ｃを有するヒューズエレメント（第１の可溶導体）２と、発熱体３ａ及び凸状部材３ｂを有する可動部材３と、凹状部材４と、押圧手段５と、ケース６とを備えている。
【0035】
ヒューズエレメント２の一端２ａは第１の端子６ａに、他端２ｂは第２の端子６ｂに、はんだ付け等でそれぞれ接続されている。発熱体３ａの一端は不図示の第３の端子に、多端は不図示の第４の端子に、それぞれ接続されている。凸状部材３ｂは、押圧手段５の押圧力をヒューズエレメント２の切断部２ｃに負荷する機能を有しており、凸状部材３ｂの凸部３ｃが発熱体３ａに圧接している。凹状部材４は、可動部材３に対向して配置されており、可動部材３と協働してヒューズエレメント２の切断部２ａを挟み込んでいる。凹状部材４の凹部４ａは、発熱体３ａの凸部３ｃを収容可能に形成されている。押圧手段５は、可動部材３と凹状部材４とが切断部２ｃを挟み込むと共に、切断部２ａの切断時にこれらの相対的な距離を縮めるように、可動部材３に力を加えるものである。押圧手段５としては、例えばバネが用いられ、Ｚ方向への復元力を保持した状態で凸状部材３ｂとケース６との間に収容される。
【0036】
この保護素子１０Ａでは、可動部材３の発熱体３ａが発熱すると、ヒューズエレメント２の軟化温度以上の温度においてヒューズエレメント２が軟化し、これに伴って押圧手段５の押圧力により凸状部材３ｂの凸部３ｃが凹状部材４の凹部４ａ内に入り込む。その結果、切断部２ｃが一端２ａ（又は他端２ｂ）と切り離され、ヒューズエレメント２が切断される（図２（ｂ））。
【0037】
補助電源４０は、複数の二次電池セル２０，２０，・・・と電気的に独立して設けられている。この補助電源４０は、通電時に第１の可溶導体１５を溶断可能な電力を供給することができる構成であれば特に制限されないが、例えば公知の一次電池や二次電池などで構成される。二次電池としては、例えば鉛蓄電池、リチウムイオン電池などが挙げられる。補助電源の電圧は、例えば１０Ｖ以上５６Ｖ以下である。
【0038】
第１の制御デバイス５０は、複数の二次電池セル２０，２０，・・・と接続されており、複数の二次電池セル２０，２０，・・・の一又は複数の電圧を監視し、異常を検知して信号を出力する。第１の制御デバイス５０は、例えばＩＣであり、保護素子１０Ａの第２の通電経路Ｐ２Ａに接続された複数の二次電池セル２０，２０，・・・の各々の電圧を検出し、該電圧に基づいて複数の二次電池セル２０，２０，・・・に過充電などの異常が生じたか否かを判別する。複数の二次電池セル２０，２０，・・・で異常が生じた場合、第１の制御デバイス５０は、保護素子１０Ａを作動させることにより通電経路を遮断する。
【0039】
スイッチ６０は、第１の制御デバイス５０の信号を受けて通電を切り替える。スイッチ６０は、特に制限されないが、例えば電界効果トランジスタ（以下、ＦＥＴともいう）である。ＦＥＴとしては、特に制限は無いが、例えば接合型ＦＥＴやＭＯＳ型ＦＥＴを用いることができる。本実施形態では、ＦＥＴのゲートが第１の制御デバイス５０に接続され、ドレインが発熱体１６に接続されている。スイッチ６０は、第１の制御デバイス５０から出力される制御信号によってオン又はオフ動作する。
【0040】
本実施形態では、保護回路１Ａは、第２の制御デバイス８０及びスイッチ９０，９０を更に備えている。第２の制御デバイス８０は、例えばＩＣであり、複数の二次電池セル２０，２０，・・・の全体の電圧を監視し、異常を検知して信号を出力する。スイッチ９０，９０は、第２の制御デバイス８０の信号を受けて通電を切り替える。スイッチ９０，９０は、特に制限されないが、例えばＦＥＴである。保護回路１Ａは、第２の制御デバイス８０及びスイッチ９０，９０を備えているのが好ましいが、これらを備えていなくてもよい。
【0041】
上記のように構成される保護回路１Ａにおいて、複数の二次電池セル２０，２０，・・・の充電時には、充電装置から外部回路を介して複数の二次電池セル２０，２０，・・・に電力が供給される。また、複数の二次電池セル２０，２０，・・・の放電時には、複数の二次電池セル２０，２０，・・・から外部回路に電力が供給される。外部回路には、例えば不図示のモーターやコンバータなどの負荷が接続される。
【0042】
この保護回路１Ａでは、第１の制御デバイス５０からの信号によりスイッチ６０が通電する様に切り替えられ、保護素子１０の発熱体１６が発熱し第１の可溶導体１５が溶断されて複数の二次電池セル２０，２０，・・・と外部負極端子３０ｂ間を遮断する。具体的には、第１の制御デバイス５０は、複数の二次電池セル２０，２０，・・・の各々の電圧を検出し、複数の二次電池セル２０，２０，・・・のいずれか又は複数の電圧が過放電又は過充電状態を示す所定値から外れると判断したときに、スイッチ６０へ制御信号を出力する。そして第１の通電経路Ｐ１Ａ上のスイッチ６０がオン動作することにより、補助電源４０から発熱体１６に電力が供給されて発熱体１６が発熱する。この発熱体１６の熱により、第２の通電経路Ｐ２Ａ上の第１の可溶導体１５が溶断され、これにより保護回路１Ａの通電経路が遮断される。
【0043】
上述したように、本実施形態によれば、第１の可溶導体１５を経由する複数の二次電池セル２０，２０，・・・が接続された第２の通電経路Ｐ２Ａと、発熱体１６と補助電源４０を接続する第１の通電経路Ｐ１Ａとを独立させた構成とすることにより、第１の通電経路Ｐ１Ａにおいて発熱体１６の仕様を適切に選定することができる。したがって第２の通電経路Ｐ２Ａで大電圧、大電流が生じる場合であっても、第１の通電経路Ｐ１Ａで発熱体１６に印加される電圧を下げることで耐電圧を十分に確保することができ、その結果、複数の二次電池セル２０，２０，・・・の充放電回路を確実に遮断して、高い安全性を実現することが可能となる。特に、電気自動車などの車両の使用時に不慮の事故や天災地変等が発生した場合であっても、複数の二次電池セル２０，２０，・・・の充放電回路に因る感電を防止することが可能となる。
【0044】
また、保護素子１０Ａの第１の端子１１及び第２の端子１２は、複数の二次電池セル２０，２０，・・・の負極端２０ｂと外部負極端子３０ｂとの間の第２の通電経路Ｐ２Ａに設置されており、保護素子１０Ａの第３の端子１３及び第４の端子１４は、補助電源４０及びスイッチ６０と直列に且つループ状に接続されているので、補助電源４０の電圧のみを発熱体１６に確実に印加することができる。このため、数百ボルト（例えば、３５０Ｖ以上）の大容量リチウムイオン電池が搭載された電気自動車などの動力用の充放電回路において、安全性の高い保護回路を構築することができる。
【0045】
図３（ａ）は、図１（ａ）の保護回路１Ａの変形例を示す回路図である。図３（ａ）の保護回路１Ｂは、保護素子１０Ａに代えて保護素子１０Ｂを有する点で図１（ａ）の保護回路１Ａと異なる。図３（ａ）の保護回路１Ｂの他の構成は、図１（ａ）の保護回路１Ａの構成と基本的に同じであり、同一の構成要素には、同一番号を付してその説明を省略し、主に異なる部分を以下に説明する。
【0046】
保護回路１Ｂは、保護素子１０Ｂ、複数の二次電池セル２０，２０，・・・、外部正極端子３０ａ及び外部負極端子３０ｂ、補助電源４０、第１の制御デバイス５０及びスイッチ６０を備える。保護素子１０Ｂは、図３（ｂ）に示すように、保護素子１０Ｂの発熱体１６と第４の端子１４の間に第２の可溶導体１７を有している。第２の可溶導体１７は、第１の可溶導体１５と同様に発熱体１６で発生する熱によって溶断される構成であってもよいし、第１の通電経路Ｐ１Ａに流れる電流によって自己発熱（ジュール熱）により溶断される構成であってもよい。また本変形例では、保護素子１０Ｂは、保護素子１０Ｂの発熱体１６と第４の端子１４の間に第２の可溶導体１７を有しているが、これに限らず、保護素子１０Ｂの発熱体１６と第３の端子１３の間に第２の可溶導体１７を有していてもよい。このように保護素子１０Ｂの第１の通電経路Ｐ１Ａに第２の可溶導体１７を設けることにより、第２の通電経路Ｐ２Ａの遮断に加えて第１の通電経路Ｐ１Ａを遮断することができ、より安全性の高い保護回路を構築することができる。
【0047】
図４（ａ）は、図１（ａ）の保護回路１Ａの他の変形例を示す回路図である。図４（ａ）の保護回路１Ｃは、保護素子１０Ａに代えて保護素子１０Ｃを有する点で図１の保護回路１Ａと異なる。図４（ａ）の保護回路１Ｃの他の構成は、図１（ａ）の保護回路１Ａの構成と基本的に同じであり、同一の構成要素には、同一番号を付してその説明を省略し、主に異なる部分を以下に説明する。
【0048】
図４（ａ）に示すように、保護回路１Ｃは、保護素子１０Ｃ、複数の二次電池セル２０，２０，・・・、外部正極端子３０ａ及び外部負極端子３０ｂ、補助電源４０、第１の制御デバイス５０及びスイッチ６０を備える。保護素子１０Ｃは、図４（ｂ）に示すように、保護素子１０Ｂの発熱体１６と第３の端子１３の間に第２の可溶導体１７を有し、発熱体１６と第４の端子１４の間に第３の可溶導体１８を有している。第２の可溶導体１７は、第１の可溶導体１５と同様に発熱体１６で発生する熱によって溶断される構成であってもよいし、第１の通電経路Ｐ１Ａに流れる電流によって自己発熱（ジュール熱）により溶断される構成であってもよい。第３の可溶導体１８は、第１の可溶導体１５と同様に発熱体１６で発生する熱によって溶断される構成であってもよいし、通電経路Ｐ１Ａに流れる電流によって自己発熱（ジュール熱）により溶断される構成であってもよい。また、不図示の押圧手段の押圧力を発熱体１６に付与して当該第２の可溶導体１７と第３の可溶導体１８を切断しても良い。このように保護素子１０Ｃの通電経路Ｐ１Ａに第２の可溶導体１７及び第３の可溶導体１８を設けることにより、第２の通電経路Ｐ２Ａの遮断に加えて第１の通電経路Ｐ１Ａを確実に遮断することができ、更に安全性の高い保護回路を構築することができる。
【0049】
図５（ａ）は、本発明の第２実施形態に係る保護回路の構成の一例を概略的に示す回路図であり、図５（ｂ）は、保護素子の構成の一例を概略的に示す図である。図５（ａ）の保護回路１Ｄの構成は、補助電源４０が複数の二次電池セル２０，２０，・・・と電気的に接続されている点で保護回路１Ａの構成と異なる。図５（ａ）の保護回路１Ｄの他の構成は、図１（ａ）の保護回路１Ａの構成と基本的に同じであり、同一の構成要素には、同一番号を付してその説明を省略し、主に異なる部分を以下に説明する。
【0050】
図５（ａ）に示すように、保護回路１Ｄは、保護素子１０Ａ、複数の二次電池セル２０，２０，・・・、外部正極端子３０ａ及び外部負極端子３０ｂ、補助電源４０、第１の制御デバイス５０及びスイッチ６０を備える。保護素子１０Ａの発熱体１６は、第３の端子１３と第４の端子１４の間の第１の通電経路Ｐ１Ｂに設置されている。
【0051】
本実施形態では、補助電源４０の正極端４０ａがスイッチ６０に接続され、負極端４０ｂが外部負極端子３０ｂに接続されている。この補助電源４０の負極端４０ｂは、保護素子１０Ａの第１の可溶導体１５を介して複数の二次電池セル２０，２０，・・・の負極端２０ｂと接続されている。そして、保護素子１０Ａの第１の端子１１と第２の端子１２が接続された第２の通電経路Ｐ２Ｂと、第３の端子１３から補助電源４０及びスイッチ６０を介して第４の端子１４に繋がる第３の通電経路Ｐ３Ｂとが接続されている。
【0052】
この保護回路１Ｄでも、保護回路１Ａと同様、第１の制御デバイス５０からの信号によりスイッチ６０が通電する様に切り替えられ、保護素子１０Ａの発熱体１６が発熱し第１の可溶導体１５が溶断されて複数の二次電池セル２０，２０，・・・と外部負極端子３０ｂ間を遮断する。
【0053】
本実施形態によれば、第２の通電経路Ｐ２Ｂで大電圧、大電流が生じる場合であっても、第１の通電経路Ｐ１Ｂで発熱体１６に印加される電圧を下げることで耐電圧を十分に確保することができ、その結果、複数の二次電池セル２０，２０，・・・の充放電回路を確実に遮断して、高い安全性を実現することが可能となる。また、保護素子１０Ａの回路配置をＧＮＤ側とすることにより、発熱体１６と第１の可溶導体１５間の電圧を補助電源４０の電圧のみとすることができる。例えば、電気自動車の充放電回路に保護回路１Ｄを適用する場合、動力用の複数の二次電池セル２０，２０，・・・とは別個に車両に搭載されたバッテリー（例えば、４８Ｖ）を補助電源４０として利用することにより、安全性を向上しつつ汎用性の高い保護回路を構築することができ、加えて、保護回路の省スペース化や車両の重量増大の抑制を図ることができる。
【0054】
図６（ａ）及び図６（ｂ）は、図５（ａ）の保護回路１Ｄ及び図５（ｂ）の保護素子の変形例を示す図である。図６（ａ）の保護回路１Ｅは、保護素子１０Ａに代えて保護素子１０Ｂを有する点で図５（ａ）の保護回路１Ｄと異なる。
【0055】
保護回路１Ｅは、保護素子１０Ｂ、複数の二次電池セル２０，２０，・・・、外部正極端子３０ａ及び外部負極端子３０ｂ、補助電源４０、第１の制御デバイス５０及びスイッチ６０を備える。保護素子１０Ｂは、図６（ｂ）に示すように、保護素子１０Ｂの発熱体１６と第４の端子１４の間に第２の可溶導体１７を有している。本変形例では、保護素子１０Ｂは、保護素子１０Ｂの発熱体１６と第４の端子１４の間に第２の可溶導体１７を有しているが、これに限らず、保護素子１０Ｂの発熱体１６と第３の端子１３の間に第２の可溶導体１７を有していてもよい。このように保護素子１０Ｂの第１の通電経路Ｐ１Ｂに第２の可溶導体１７を設けることにより、第２の通電経路Ｐ２Ｂの遮断に加えて第１の通電経路Ｐ１Ｂを遮断することができ、より安全性の高い保護回路を構築することができる。
【0056】
図７（ａ）及び図７（ｂ）は、図５（ａ）の保護回路１Ｄ及び図５（ｂ）の保護素子１０Ａの他の変形例を示す図である。図７（ａ）の保護回路１Ｆは、保護素子１０Ａに代えて保護素子１０Ｃを有する点で図５の保護回路１Ｄと異なる。
【0057】
図７（ａ）に示すように、保護回路１Ｆは、保護素子１０Ｃ、複数の二次電池セル２０，２０，・・・、外部正極端子３０ａ及び外部負極端子３０ｂ、補助電源４０、第１の制御デバイス５０及びスイッチ６０を備える。保護素子１０Ｃは、図６（ｂ）に示すように、保護素子１０Ｂの発熱体１６と第３の端子１３の間に第２の可溶導体１７を有し、発熱体１６と第４の端子１４の間に第３の可溶導体１８を有している。このように保護素子１０Ｃの通電経路Ｐ１Ｂに第２の可溶導体１７及び第３の可溶導体１８を設けることにより、第２の通電経路Ｐ２Ｂの遮断に加えて第１の通電経路Ｐ１Ｂを確実に遮断することができ、更に安全性の高い保護回路を構築することができる。
【0058】
図８（ａ）は、本発明の第３実施形態に係る保護回路の構成の一例を概略的に示す回路図であり、図８（ｂ）は、保護素子の構成の一例を概略的に示す図である。図８（ａ）の保護回路１Ｇの構成は、保護素子１０Ｄの第３の端子１３が保護素子１０Ｄ内で第２の端子１２に接続されている点で保護回路１Ｄの構成と異なる。図８（ａ）の保護回路１Ｇの他の構成は、図５（ａ）の保護回路１Ｄの構成と基本的に同じであり、同一の構成要素には、同一番号を付してその説明を省略し、主に異なる部分を以下に説明する。
【0059】
図８（ａ）に示すように、保護回路１Ｇは、保護素子１０Ｄ、複数の二次電池セル２０，２０，・・・、外部正極端子３０ａ及び外部負極端子３０ｂ、補助電源４０、第１の制御デバイス５０及びスイッチ６０を備える。保護素子１０Ｄは、第１の端子１１と、第２の端子１２と、両端が第１の端子１１と第２の端子１２に接続された第１の可溶導体１５と、第３の端子１３と、第３の端子１３と第２の端子１２との間の第１の通電経路Ｐ１Ｃに設置された発熱体１６とを有している。本実施形態では、発熱体１６は、第３の端子１３と第２の端子１２との間の第１の通電経路Ｐ１Ｃに設置されているが、これに限らず、第３の端子１３と第１の端子１１との間の第１の通電経路に設置されてもよい。
【0060】
本実施形態では、補助電源４０の正極端４０ａがスイッチ６０に接続され、負極端４０ｂが外部負極端子３０ｂに接続されている。この補助電源４０の負極端４０ｂは、保護素子１０Ｄの第１の可溶導体１５を介して複数の二次電池セル２０，２０，・・・の負極端２０ｂと接続されている。そして、保護素子１０Ｄの第３の端子１３は、補助電源４０とスイッチ６０とを経由し、保護素子１０Ｄの第１の端子１１と第２の端子１２が接続された第２の通電経路Ｐ２Ｃに接続されている。また、保護素子１０Ｄの第１の端子１１と第２の端子１２が接続された第２の通電経路Ｐ２Ｃの極と補助電源４０の第３の端子１３に繋がる側の極と反対の極とが同極で接続されていてもよい。
【0061】
この保護回路１Ｇでも、保護回路１Ｄと同様、第１の制御デバイス５０からの信号によりスイッチ６０が通電する様に切り替えられ、保護素子１０Ｄの発熱体１６が発熱し第１の可溶導体１５が溶断されて複数の二次電池セル２０，２０，・・・と外部負極端子３０ｂ間を遮断する。
【0062】
本実施形態によれば、第２の通電経路Ｐ２Ｃで大電圧、大電流が生じる場合であっても、第１の通電経路Ｐ１Ｃで発熱体１６に印加される電圧を下げることで耐電圧を十分に確保することができ、その結果、複数の二次電池セル２０，２０，・・・の充放電回路を確実に遮断して、高い安全性を実現することが可能となる。また、図５（ａ）の保護回路１Ｄと同様、保護素子１０Ｄの回路配置をＧＮＤ側とすることにより、発熱体１６と第１の可溶導体１５間の電圧を補助電源４０の電圧のみとすることができるので、安全性を向上しつつ汎用性の高い保護回路を構築することができ、加えて、保護回路の省スペース化や車両の重量増大の抑制を図ることができる。更に、保護素子１０Ｄが第４の端子１４を有さない構成であるので、保護素子１０Ｄの構成を簡略化し、ひいては保護回路１Ｇの構成の簡略化、軽量化を図ることができる。
【0063】
図９（ａ）及び図９（ｂ）は、図８（ａ）の保護回路１Ｇ及び図８（ｂ）の保護素子１０Ｄの変形例を示す図である。図９（ａ）の保護回路１Ｈは、保護素子１０Ｄに代えて保護素子１０Ｅを有する点で図８（ａ）の保護回路１Ｇと異なる。
【0064】
保護回路１Ｈは、保護素子１０Ｅ、複数の二次電池セル２０，２０，・・・、外部正極端子３０ａ及び外部負極端子３０ｂ、補助電源４０、第１の制御デバイス５０及びスイッチ６０を備える。保護素子１０Ｅは、図９（ｂ）に示すように、保護素子１０Ｅの発熱体１６と第３の端子１３の間に第２の可溶導体１７を有している。本変形例では、保護素子１０Ｅは、保護素子１０Ｂの発熱体１６と第３の端子１３の間に第２の可溶導体１７を有しているが、これに限らず、保護素子１０Ｅの発熱体１６と第２の端子１２の間に第２の可溶導体１７を有していてもよい。このように保護素子１０Ｅの第１の通電経路Ｐ１Ｃに第２の可溶導体１７を設けることにより、第２の通電経路Ｐ２Ｃの遮断に加えて第１の通電経路Ｐ１Ｃを遮断することができ、より安全性の高い保護回路を構築することができる。
【0065】
図１０（ａ）及び図１０（ｂ）は、図８（ａ）の保護回路１Ｇ及び図８（ｂ）の保護素子１０Ｄの他の変形例を示す図である。図１０（ａ）の保護回路１Ｊは、保護素子１０Ｄに代えて保護素子１０Ｆを有する点で図８の保護回路１Ｇと異なる。
【0066】
図１０（ａ）に示すように、保護回路１Ｊは、保護素子１０Ｆ、複数の二次電池セル２０，２０，・・・、外部正極端子３０ａ及び外部負極端子３０ｂ、補助電源４０、第１の制御デバイス５０及びスイッチ６０を備える。保護素子１０Ｆは、図１０（ｂ）に示すように、保護素子１０Ｆの発熱体１６と第３の端子１３の間に第２の可溶導体１７を有し、発熱体１６と第２の端子１２の間に第３の可溶導体１８を有している。このように保護素子１０Ｆの通電経路Ｐ１Ｃに第２の可溶導体１７及び第３の可溶導体１８を設けることにより、第２の通電経路Ｐ２Ｃの遮断に加えて第１の通電経路Ｐ１Ｃを確実に遮断することができ、更に安全性の高い保護回路を構築することができる。
【0067】
図１１は、本発明の第４実施形態に係る保護回路の構成の一例を概略的に示す回路図である。図１１の保護回路１Ｋの構成は、保護素子１０Ｄが、外部正極端子３０ａと複数の二次電池セル２０，２０，・・・との間に設置されている点で保護回路１Ｄの構成と異なる。図１１の保護回路１Ｋの他の構成は、図８（ａ）の保護回路１Ｇの構成と基本的に同じであり、同一の構成要素には、同一番号を付してその説明を省略し、主に異なる部分を以下に説明する。
【0068】
図１１に示すように、保護回路１Ｋは、保護素子１０Ｄ、複数の二次電池セル２０，２０，・・・、外部正極端子３０ａ及び外部負極端子３０ｂ、補助電源４０、第１の制御デバイス５０及びスイッチ６０を備える。保護素子１０Ｄは、第１の端子１１と、第２の端子１２と、両端が第１の端子１１と第２の端子１２に接続された第１の可溶導体１５と、第３の端子１３と、第３の端子１３と第１の端子１１との間の第１の通電経路Ｐ１Ｄに設置された発熱体１６とを有している。本実施形態では、発熱体１６は、第３の端子１３と第１の端子１１との間の第１の通電経路Ｐ１Ｃに設置されているが、これに限らず、第３の端子１３と第２の端子１２との間の第１の通電経路に設置されてもよい。
【0069】
本実施形態では、補助電源４０の正極端４０ａが外部正極端子３０ａに接続され、負極端４０ｂがスイッチ６０に接続されている。また、補助電源４０の正極端４０ａは、保護素子１０Ｄの第１の可溶導体１５を介して複数の二次電池セル２０，２０，・・・の正極端２０ａと接続されている。そして、保護素子１０Ｄの第３の端子１３は、補助電源４０とスイッチ６０とを経由し、保護素子１０Ｄの第１の端子１１と第２の端子１２が接続された第２の通電経路Ｐ２Ｄに接続されている。また、保護素子１０Ｄの第１の端子１１と第２の端子１２が接続された第２の通電経路Ｐ２Ｄの極と補助電源４０の第３の端子１３に繋がる側の極と反対の極とが同極で接続されていてもよい。
【0070】
この保護回路１Ｋでも、保護回路１Ｇと同様、第１の制御デバイス５０からの信号によりスイッチ６０が通電する様に切り替えられ、保護素子１０Ｄの発熱体１６が発熱し第１の可溶導体１５が溶断されて複数の二次電池セル２０，２０，・・・と外部正極端子３０ａ間を遮断する。よって、第２の通電経路Ｐ２Ｄで大電圧、大電流が生じる場合であっても、第１の通電経路Ｐ１Ｄで発熱体１６に印加される電圧を下げることで耐電圧を十分に確保することができ、高い安全性を実現することが可能となる。
【0071】
図１２は、図８（ａ）の保護回路１Ｇの他の変形例を示す図である。図１２の保護回路１Ｌの構成は、図８（ａ）の保護回路１Ｇの構成と基本的に同じであり、同一の構成要素には、同一番号を付してその説明を省略し、主に異なる部分を以下に説明する。
図１２に示すように、第１の制御デバイス５０は、車両に搭載されたＥＣＵなどの制御装置９１から信号を受信し、該信号に基づいてスイッチ６０に信号を出力してもよい。例えば、制御装置９１は、複数の二次電池セル２０，２０，・・・の電圧の異常と、車両で生じた他の異常とのいずれか又は双方を検知した場合に、スイッチ６０に信号を出力する。本変形例によれば、複数の二次電池セル２０，２０，・・・の電圧の異常だけでなく、車両で生じた各種異常を検知して、複数の二次電池セル２０，２０，・・・と外部負極端子３０ｂ間を遮断するので、車両内の制御装置９１と連携させることでより高い安全性を実現することができる。
図１２に示すように、第１の制御デバイス５０は、車両に搭載されたＥＣＵなどの制御装置９１から信号を受信し、該信号に基づいてスイッチ６０に信号を出力してもよい。例えば、制御装置９１は、複数の二次電池セル２０，２０，・・・の電圧の異常と、車両で生じた他の異常とのいずれか又は双方を検知した場合に、スイッチ６０に信号を出力する。本変形例によれば、複数の二次電池セル２０，２０，・・・の電圧の異常だけでなく、車両で生じた各種異常を検知して、複数の二次電池セル２０，２０，・・・と外部負極端子３０ｂ間を遮断するので、車両内の制御装置９１と連携させることでより高い安全性を実現することができる。
【0072】
以上、本発明の実施形態について詳述したが、本発明は上記実施形態に限定されるものではなく、特許請求の範囲内に記載された本発明の要旨の範囲内において、種々の変形・変更が可能である。
【産業上の利用可能性】
【0073】
本発明の保護回路は、リチウムイオン電池などの様々な二次電池の充放電回路に適用することができる。特に、電気自動車（ＥＶ）などの車両、船舶、飛行機など、二次電池を動力源とする移動体の充放電回路に好適である。
【符号の説明】
【0074】
１Ａ 保護回路
１Ｂ 保護回路
１Ｃ 保護回路
１Ｄ 保護回路
１Ｅ 保護回路
１Ｆ 保護回路
１Ｇ 保護回路
１Ｈ 保護回路
１Ｊ 保護回路
１Ｋ 保護回路
１Ｌ 保護回路
２ ヒューズエレメント
２ａ 一端
２ｂ 他端
２ｃ 切断部
３ａ 発熱体
３ｂ 凸状部材
３ｃ 凸部
３ 可動部材
４ 凹状部材
４ａ 凹部
５ 押圧手段
６ ケース
６ａ 第１の端子
６ｂ 第２の端子
１０ 保護素子
１０Ａ 保護素子
１０Ｂ 保護素子
１０Ｃ 保護素子
１０Ｄ 保護素子
１０Ｅ 保護素子
１０Ｆ 保護素子
１１ 第１の端子
１２ 第２の端子
１３ 第３の端子
１４ 第４の端子
１５ 第１の可溶導体
１５ａ 一端
１５ｂ 多端
１６ 発熱体
１７ 第２の可溶導体
１８ 第３の可溶導体
２０ 二次電池セル
２０ａ 正極端
２０ｂ 負極端
３０ａ 外部正極端子
３０ｂ 外部負極端子
４０ 補助電源
４０ａ 正極端
４０ｂ 負極端
５０ 第１の制御デバイス
６０ スイッチ
８０ 第２の制御デバイス
９０ スイッチ
９１ 制御装置
１Ｂ 保護回路
１Ｃ 保護回路
１Ｄ 保護回路
１Ｅ 保護回路
１Ｆ 保護回路
１Ｇ 保護回路
１Ｈ 保護回路
１Ｊ 保護回路
１Ｋ 保護回路
１Ｌ 保護回路
２ ヒューズエレメント
２ａ 一端
２ｂ 他端
２ｃ 切断部
３ａ 発熱体
３ｂ 凸状部材
３ｃ 凸部
３ 可動部材
４ 凹状部材
４ａ 凹部
５ 押圧手段
６ ケース
６ａ 第１の端子
６ｂ 第２の端子
１０ 保護素子
１０Ａ 保護素子
１０Ｂ 保護素子
１０Ｃ 保護素子
１０Ｄ 保護素子
１０Ｅ 保護素子
１０Ｆ 保護素子
１１ 第１の端子
１２ 第２の端子
１３ 第３の端子
１４ 第４の端子
１５ 第１の可溶導体
１５ａ 一端
１５ｂ 多端
１６ 発熱体
１７ 第２の可溶導体
１８ 第３の可溶導体
２０ 二次電池セル
２０ａ 正極端
２０ｂ 負極端
３０ａ 外部正極端子
３０ｂ 外部負極端子
４０ 補助電源
４０ａ 正極端
４０ｂ 負極端
５０ 第１の制御デバイス
６０ スイッチ
８０ 第２の制御デバイス
９０ スイッチ
９１ 制御装置
【図1】
【図2】
【図3】
【図4】
【図5】
【図6】
【図7】
【図8】
【図9】
【図10】
【図11】
【図12】
【図13】