专利名称：二次电池装置的制作方法
技术领域：
本发明涉及可重复充放电的二次电池的技术领域，特别涉及内装有保护电路的二次电池。
背景技术：
在此之前，内装保护电路的二次电池被用于便携电话和便携式个人计算机，伴随充电容量的增大，要求有更安全的保护电路。
图9中的标记100表示现有技术的二次电池，包含可充放电的蓄电装置105、开关元件104、控制电路106。
另外，二次电池100包含第一、第二连接端子111、112，在该第一、第二输出端子111、112之间连接由负载或直流电压源构成的外部电路110。
当蓄电池105未充电时，如果在第一、第二输出端子111、112之间连接由直流电压源构成的外部电路，则蓄电装置被该外部电路110充电。
相反，当蓄电装置105充有电时，如果将第二输出端子112作为接地电位，就成了从第一输出端子输出正电压的结构，若在第一、第二输出端子111、112之间连接由便携式个人计算机等构成的外部电路110，则从蓄电装置105向外部电路110供给电力。
该图的标记U表示保护电路。该保护电路U如图10所示包含加热器h和两个保险丝fa、fb。
两个保险丝fa、fb被串联连接，用该串联连接电路连接第一输出端子111和蓄电装置105的正电压一侧的端子。
加热器h由两个电阻发热元件ra、rb的并联连接电路构成，如果将两个保险丝fa、fb相互连接的连接点用标记P表示，则加热器的一端被连接至接点P，另一端经由开关元件104连接至第二输出端子112(以及蓄电装置105的负电压侧的端子)。
图10的标记ta、tb、tc是保护电路U的端子，其中，标记ta、tb是保险丝fa、fb的串联连接电路的两端，分别是被连接至蓄电装置105的正电压一侧的端子和连接至第二输出端子111的端子。
还有，标记tc是加热器h的一端，表示被连接至开关元件的端子。
开关元件104由控制电路106控制，例如，在第一、第二输出端子间，作为外部电路连接了超过额定值的输出电压的直流电压源时，如果控制电路106检测出第一、第二输出端子111、112之间的过电压，使开关元件104导通，则连接点P通过加热器h被连通至第二输出端子112及蓄电装置105的负电压一侧的端子上。其结果，在保险丝fa、fb上分别流过从各自蓄电装置105供给的电流和从外部电路110供给的电流。
这两个电流流过加热器h内的电阻发热元件ra、rb，分别使其发热。
电阻发热元件ra、rb相对于保险丝分别作邻近配置，由于电阻发热元件ra、rb的发热，保险丝fa、fb熔断，从外部电路110流入的电流和由蓄电装置105的放电产生的电流都停止。
与之形成对照，当第一、第二输出端子111、112之间被短路时，控制电路106不工作，开关元件104是断开的，而蓄电装置105的两端仍处于连通状态，从蓄电装置105流出短路电流。
在短路电流流过的路径上，由于没有配置电阻发热元件ra、rb等的电阻元件，短路电流非常大。
各保险丝fa、fb如果流过短路电流，则自身会发热，至少有一个要熔断。
如果串联连接的两个保险丝fa、fb中的一个熔断，则蓄电装置105的正电压一侧的端子与第一输出端子111之间被分离，短路电流停止。
上述保险丝fa、fb在第一、第二输出端子111、112间短路产生的短路电流流动时，必须因自身发热而熔断，反之，在连接有正常负载110的额定电流流动的情况下，则不允许熔断。
但是，近年来，为了适应于各种各样的大额定电流，产生了并联连接上述那样的保护电路U的需求。
图11的标记101表示并联连接了多个(这里是3个)保护电路U1～U3的结构。
在该结构中，如果第一、第二输出端子111、112之间被短路，短路电流流过各保护电路U1～U3内的串联连接的保险丝fa、fb，则至少有一个要熔断。
但是，两个保险丝fa、fb中的那一个熔断则不确定，不能决定是蓄电装置105一侧的保险丝fa熔断还是第一、第二输出端子111侧的保险丝fb熔断。
图12表示在全部保护电路U1～U3内蓄电装置105一侧的保险丝fa全部熔断的情况，图13表示输出端子111一侧的保险丝fb全部熔断的情况。
在全部保护电路U1～U3内，蓄电装置105一侧的保险丝fa全部熔断时，蓄电装置105的正电压一侧的输出端子构成不与任何端子连接的状态，蓄电装置105的放电停止，无短路电流流动。
另一方面，在全部保护电路U1～U3内，输出端子111一侧的保险丝fb全部熔断时，输出端子111与全部保护电路U1～U3断开，蓄电装置105的正电压一侧的输出端子仅被连接至开关元件104。这时，由于开关元件104不导通，蓄电装置105的放电停止。
如上所述，在全部保护电路U1～U3内，两个保险丝fa、fb中的任何一个在一侧全部熔断时，短路电流停止，而如图14所示，如果输出端子111一侧的保险丝fb熔断后的保护电路U1和蓄电装置105一侧的保险丝fa熔断后的保护电路U2并存时，则由于蓄电装置105的正电压侧的端子与残存的蓄电装置105一侧的保险丝fa和输出端子111一侧的保险丝fb通过两个加热器连接至输出端子111上，会持续流过残存电流I101。
该残存电流I101用加热器h的两个部分的电阻值限制电流，由于电流小，各加热器h不会热到使保险丝fa、fb熔断的程度，且残存的保险丝fa、fb也不会以熔断的热量自身发热，所以，在蓄电装置105完全放电之前，残存电流I101不会停止。
下表是通过切断两个保险丝fa、fb中的一个fa或fb，流过的残存电流的大小是不同的。仅在相同一侧被切断的情况下残存电流为零，而在其它情况下，流过约0.3A左右大小的残存电流。
表1测量结果
※1×……熔断○……不熔断※2保险丝熔断后流过输出端子间的电流发明内容本发明是为了解决上述现有技术的不足而构思的发明，其目的是提供保护电路动作后残存电流小的二次电池装置。
为了解决上述课题，本发明的二次电池装置具有如下结构包含蓄电装置，多个保护电路，以及第一、第二输出端子；所述各保护电路分别包含串联连接的两个保险丝，所述两个保险丝的串联连接电路相互并联连接；将外部电路连接到所述第一、第二输出端子上时，从所述蓄电装置供给到所述外部电路的放电电流和从所述外部电路供给到所述蓄电装置的充电电流通过所述各串联连接电路的两个所述保险丝流动；所述各保护电路分别包含一端被连接到所述两个保险丝之间的连接点上的加热器，所述各加热器的另一端上连接每个所述加热器各自的整流元件的一端，所述各整流元件的另一端连接到开关元件上，如果所述开关元件导通，则电流通过该开关元件和所述各整流元件向所述各保护电路的所述加热器流动。
本发明的二次电池装置具有如下结构包含蓄电装置，多个保护电路，以及第一、第二输出端子；所述各保护电路分别包含串联连接的两个保险丝，所述两个保险丝的串联连接电路相互并联连接；将外部电路连接到所述第一、第二输出端子上时，从所述蓄电装置供给到所述外部电路的放电电流和从所述外部电路供给到所述蓄电装置的充电电流通过所述各串联连接电路的两个所述保险丝流动；所述各保护电路包含一端被连接到所述保险丝之间的连接点上的加热器，所述各加热器的另一端上连接每个所述加热器各自的开关元件，如果任何一个所述开关元件导通，则电流通过导通后的所述开关元件流到被连接在该开关元件上的所述保护电路的所述加热器元件上。
本发明的二次电池装置具有如下结构包含蓄电装置，多个保护电路，以及第一、第二输出端子；所述各保护电路分别包含构成串联连接的串联连接电路的两个保险丝和一端被连接至所述串联连接电路的所述的保险丝之间的连接点上的加热器，所述各保护电路的所述加热器的另一端被连接至开关元件；当所述开关元件导通时，电流通过导通后的开关元件流到所述各保护电路内的所述加热器上；在所述第一、第二输出端子上连接了外部电路时，从所述蓄电装置供给所述外部电路的放电电流和从所述外部电路供给所述蓄电装置的充电电流，通过多个所述保护电路内的所述串联连接电路的两个所述保险丝流动；所述各保护电路内的所述串联连接电路的所述连接点相互连接。
本发明的二次电池装置具有如下结构当在连接至该保险丝上的所述加热器上流过预定值以上的电流时，一个所述串联连接电路的两个所述保险丝由于该加热器发热被加热而熔断。
本发明的二次电池装置具有如下结构包含控制所述开关元件的控电路，如果所述控制电路检测出异常，则使所述开关元件导通。
本发明具有如上所述的结构在将保护电路的加热器的端子相互间连接的电流通路的中途至少插入两个整流元件，在流过短路电流且一方保险丝熔断后的状态下，尽管两个保护电路的加热器的端子间产生电位差，也至少形成一个整流元件的逆向偏置。因而，电流不会从一个保护电路的加热器的端子流入另一个保护器的加热器的端子上，因此不会产生残存电流。
在本发明的另一方面，各保护电路的加热器端子通过开关元件被连接至其它电路上。在由于短路电流使保险丝熔断的场合，如果预先将各开关元件置于断开状态，则电流不会从各加热器的端子向其它电路流动。
在本发明的另一方面，各保护电路的保险丝之间的连接点相互被短路，只要被串联连接的保险丝的输出端子一侧或蓄电装置一侧不是全部熔断，就成为一个以上的保险丝并联连接于含有加热器的电流通路的状态。
由于保险丝的电阻值远小于加热器的电阻值，结果，短路电流流向保险丝，输出端子一侧或蓄电装置一侧的全部保险丝熔断，无残存电流流动。
图1是本发明的第一实施例的二次电池装置。
图2是用以说明该二次电池装置的保险丝熔断后的状态的示图。
图3是本发明的第二实施例的二次电池装置。
图4是用以说明该二次电池装置的保险丝熔断后的状态的示图。
图5是本发明的第三实施例的二次电池装置。
图6是用以说明该二次电池装置的保险丝熔断时的过渡状态的示图。
图7是用以说明该二次电池装置的保险丝熔断后的状态的示图。
图8a是保护电路的概略平面图，图8b是其剖面图。
图9是用以说明二次电池装置工作原理的示图。
图10是用以说明保护电路的结构的示图。
图11表示并联连接多个保护电路的现有技术的二次电池装置。
图12表示该二次电池装置的蓄电装置一侧的保险丝熔断后的情况。
图13表示该二次电池装置的输出端子一侧的保险丝熔断后的情况。
图14是用以说明在蓄电装置一侧的保险丝熔断后的保护电路和输出端子一侧的保险丝熔断后的保护电路混合存在时流过的残存电流的示图。
各图中，标记1～3表示二次电池装置，标记5表示蓄电装置，标记10表示外部电路，标记11表示第一输出端子，标记12表示第二输出端子，标记D1～D3表示整流元件，标记4、SW1～SW3表示开关元件，标记U1～U3表示保护电路，标记h表示加热器，标记fa、fb表示保险丝，标记ra、rb表示电阻发热元件，标记ta、tb、tc表示端子。
具体实施例方式
图1中的标记1表示本发明的第一实施例的二次电池装置。
第一实施例的二次电池装置1全部拥有上述现有技术的二次电池装置101中所有的部件，换言之，即与上述二次电池装置101相同，包含开关元件4、蓄电装置5、控制电路6、第一、第二输出端子11、12、多个保护电路U1～U3，另外还有整流元件D1～D3。
各保护电路U1～U3的内部结构是相同的，示于图10。
各保护电路U1～U3包含串联连接的两个保险丝fa、fb。这两个保险丝fa、fb串联连接，构成串联连接电路S。
在蓄电装置5的正电压一侧的端子与第一输出端子11之间，用多个保护电路U1～U3内的保险丝fa、fb的串联连接电路S来连接。亦即，两个保险丝fa、fb的串联连接电路S被相互并联连接。
蓄电池装置5包含可充放电结构，在未充电的状态下，如果在第一、第二输出端子11、12之间连接由直流电压源构成的外部电路，则蓄电装置5由来自外部电源供给的电流充电。充电电流流过各保护电路U1～U3内的保险丝fa、fb。
相反，在蓄电装置已充电的情况下，如果在第一、第二输出端子11、12之间连接由负载构成的外部电路10，则蓄电装置5开始放电，向外部电路10供给放电电流。这个放电电流也流经各保护电路U1～U3内的保险丝fa、fb。
在各保护电路U1～U3内，设置一端被连接在保险丝fa、fb之间的连接点P上的加热器h。
整流元件D1～D3的阳极一侧的端子被连接到各保护电路U1～U3的加热器h的另一个端子tc上，各整流元件D1～D3的阴极一侧的端子通过开关元件4连接到第二输出端子12及蓄电装置5的负电压一侧的端子上。这里，整流元件D1～D3采用肖特基二极管。
开关元件4的导通与断开由控制电路6控制，一旦控制电路6检测到第一、第二端子11、12间的过电压等异常状态，就使开关元件4导通。
由于开关元件4的导通，各保护电路U1～U3内的连接点P通过各保护电路U1～U3内的加热器h和一个整流元件D1～D3分别连接到第二输出端子12及蓄电装置5的负电压一侧的端子上。
如果将第二输出端子12及蓄电装置5的负电压一侧的端子设为接地电位，则由于在该状态下，连接点P上加有正电压，开关元件4导通时各整流元件D1～D3被正向偏置，电流从外部电路10和蓄电装置5流向加热器h。
加热器h由两个电阻发热元件ra、rb的并联连接电路构成。在两个电阻发热元件ra、rb中，一方的电阻发热元件ra与一方的保险丝fa作热耦合，另一方的电阻发热元件rb与另一方的保险丝fb作热耦合，如果电流流过各保护电路U1～U3内的电阻发热元件ra、rb，则它们就发热，由于热而熔断两个保险丝fa、fb。
另一方面，如果第一、第二输出端子11、12之间被短路，则从蓄电装置5供给的大的短路电流流到各保护电路U1、U2内的保险丝fa、fb上，两个保险丝fa、fb中的至少有一个要被熔断。
在第一实施例的二次电池装置1的场合，各保护电路U1～U3内的加热器h的端子tc通过相互逆向的两个整元件D1～D3被连接，端子tc之间即使产生电位差，也有一个整流元件D1～D3构成逆向偏置，因而，如图2所示，即使输出端子11一侧的保险丝fb熔断后的保护电路U1和蓄电装置一侧的保险丝fa熔断后的保护电路U2混合存在时，由于一个整流元件D2被逆向偏置，电流不会通过没有熔断的残留的保险丝fa、fb流动。因此，在保护电路U1、U2之间不会流过整流元件D2的漏电电流以上的残存电流。
图3是本发明的第二实施例的二次电池装置2，本例中设置了与保护电路U1～U3同数量的开关元件SW1～SW3来代替第一实施例的二次电池装置1的整流元件D1～D3。这里，开关元件SW1～SW3采用n沟道型MOSFET。
各开关元件SW1～SW3的一端分别连接至保护电路U1～U3内的加热器h的端子tc上。这里，不设置上述第一实施例的开关元件4，第二实施例的各开关元件SW1～SW3的另一端被直接连接在第二输出端子12及蓄电装置5的负电压一侧的端子上。各开关元件SW1～SW3由控制电路6控制导通与断开。
其它的结构与第一实施例的二次电池装置1相同，如果控制电路6检测出输出端子11、12之间的过电压，则使全部开关元件SW1～SW3导通，全部保护电路U1～U3内的加热器通电，使两个保险丝fa、fb熔断。
与之形成对照，第一、第二输出端子11、12之间短路时，控制电路不能检测出异常，各开关元件SW1～SW3维持断开状态。
在第二实施例的二次电池装置2中，各保护电路U1～U3加热器h的端子tc通过开关元件SW1～SW3连接到第二输出端子12及蓄电装置5的负电压一侧的端子上，不与其它部分连接。
因而，如图4所示，由于短路时大的短路电流，各保护电路U1～U3内的两个保险丝fa、fb的任意一个熔断，即使输出端子11一侧的保险丝fb熔断后的保护电路U1和蓄电装置5一侧的保险丝fa熔断后保护电路混合存在，只要开关元件SW1～SW3断开，就不会通过加热器h流过开关元件SW1～SW3的漏电电流以上的电流。
图5表示本发明的第三实施例的二次电池装置3。该二次电池装置3中的各保护电路U1～U3内的连接点P相互连接，其它与现有技术的二次电池电路101的结构相同。
在该二次电池装置3中，控制电路6检出过电压而使开关元件4导通后的动作与上述现有技术的二次电池装置101和第一实施例的二次电池装置1相同。
另一方面，第一、第二输出端子11、12之间被短路而使大的短路电流流过各保护电路U1～U3内的保险丝fa、fb时，首先，各保护电路U1～U3内的保险丝fa、fb的任意一个被切断。该状态如图6所示。
在第三实施例的二次电池装置101中，如果在全部保护电路U1～U3内蓄电装置5一侧的保险丝fa熔断或在全部保护电路U1～U3内输出端子11一侧的保险丝fb熔断，则电流不流动，但如果输出端子11一侧的保险丝fb熔断的保护电路U1和蓄电装置5一侧的保险丝fa熔断的保护电路U2混合存在，则会持续流过与短路电流相同大小的过渡电流。
亦即，若保险丝fa、fb混合残存，则蓄电装置5的正电压一侧的端子通过残存的蓄电装置5一侧的保险丝fa和残存的第一输出端子11一侧的保险丝fb连接到第一输出端子11上，所以，在不同的保护电路U1～U2内，通过残存的保险丝fa、fb流过过渡电流。图6的标记I3表示该过渡电流。
由于这个过渡电流I3没有通过加热器h，是与短路电流同样大小的大电流，流过过渡电流的保险丝fa、fb中至少有一个因自身发热而熔断。图7表示蓄电装置5一侧的保险丝fa熔断后的情况。
只要是输出端子11一侧的保险丝fb残存的保护电路和蓄电装置5一侧的保险丝fa残存的保护电路混合存在，过渡电流I3就流动，结果，由于该过渡电流I3的作用，各保护电路U1～U3内的蓄电装置5一侧的保险丝fa的全部或输出端子11一侧的保险丝fb全部熔断，过渡电流I3就不再流动。
在该状态下，由于是两个保险丝fa、fb至少有一侧全部熔断的状态，所以不存在连接在蓄电装置5的正电压一侧的端子和第一输出端子之间的路径，也就没有残存电流流动。
参照
保护电路U1～U3的结构，图8a、图8b是用以说明其概略结构的示图，图8a为平面图，图8b为沿A-A线的剖面图。
标记31～35是印刷Ag-Pd膏后经850℃、30分钟煅烧而形成的电极，它们分别构成端子ta、tb、tc及连接点P。
标记41是低熔点金属箔(Sn∶Sb＝95∶5、液相点240℃)，分别在保险丝电极34的左方和右方形成保险丝fa、fb。
标记42是构成电阻发热元件ra、rb的电阻，是将氧化钌系的电阻膏印刷在上述电极31～34上后经煅烧形成。电阻发热元件ra、rb的电阻值为5Ω。
图8b的标记40是氧化铝陶瓷制的基板，厚度为0.5mm、平面形状是5mm×3mm。
然后，使上述第一～第三实施例的二次电池装置1～3的输出端子11、12之间短路，在保险丝fa、fb的串联连接电路S上流过100A的电流，试验保护电路U1～U3是否正常工作。以现有技术的二次电池装置101作为比较例，使输出端子111、112之间短路，在保险丝fa、fb的串联连接电路S上流过100A的电流，试验保护电路U的动作。
下表2示出了试验结果。各二次电池装置1～3、输出端子101的保险丝fa、fb和电阻发热元件ra、rb使用了相同的元件。
表2动作试验结果
※1×……熔断○……不熔断※2保险丝熔断后输出端子之间流过的电流※3ta、tb之间的电阻是在端子ta、tb之间施加18V电压，以流过的电流为测定值算出的电阻值。
在比较例1中，端子ta、tb之间残留有33.3Ω左右的电阻，流过0.3A的残存电流。
与此相对照，在本发明的各实施例中，电阻值在20KΩ以上，残存电流也在1mA以下。特别是在第三实施例中，不存在整流元件和开关元件的漏电流，处于完全开路状态，可靠性成为最高。
另外，上述的整流元件D1～D3除了使用肖特基结型二极管之外，也可以使用pn结二极管。
再有，开关元件4、SW1～SW3除了n沟道型的MOSFET之外，也可以使用p沟道型的MOSFET、npn型或pnp型的场效应晶体管、笛簧继电器等电气、机械开关。
工业上的利用可能性可获得多个保护电路动作后残存电流小的二次电池装置。
权利要求
1.一种二次电池装置，包含蓄电装置、多个保护电路以及第一、第二输出端子，所述各保护电路分别包含串联连接的两个保险丝，所述两个保险丝的串联连接电路被相互并联连接，外部电路连接于所述第一、第二输出端子时，从所述蓄电装置向所述外部电路供给的放电电流和从所述外部电路向所述蓄电装置供给的充电电流通过所述各串联连接电路的两个所述保险丝流动，其特征在于所述各保护电路分别包含一端连接到所述两个保险丝之间的连接点的加热器；所述各加热器的另一端上，每个所述加热器各自连接各整流元件的一端；所述各整流元件的另一端连接到开关元件；若所述开关元件导通，则电流通过该开关元件和所述各整流元件流到所述各保护电路的所述加热器上。
2.一种二次电池装置，包含蓄电装置、多个保护电路以及第一、第二输出端子，所述各保护电路分别包含串联连接的两个保险丝，所述两个保险丝的串联连接电路被相互并联连接，外部电路连接于所述第一、第二输出端子时，从所述蓄电装置向所述外部电路供给的放电电流和从所述外部电路向所述蓄电装置供给的充电电流通过所述各串联连接电路的两个所述保险丝流动，其特征在于所述各保护电路包含其一端连接到所述保险丝之间的连接点上的加热器；所述各加热器的另一端上，每个所述加热器各自连接各开关元件的一端；若任一个所述开关元件导通，则电流通过导通的所述开关元件流到与该开关元件连接的所述保护电路的所述加热元件上。
3.一种二次电池装置，包含蓄电装置、多个保护电路以及第一、第二输出端子，所述各保护电路分别包含串联连接而构成串联连接电路的两个保险丝，以及其一端与所述串联连接电路的所述保险丝之间的连接点连接的加热器；所述各保护电路的所述加热器的另一端与开关元件连接；所述开关元件导通时，所述各保护电路内的所述加热器上通过导通的开关元件而流过电流；外部电路连接于所述第一、第二输出端子时，从所述蓄电装置向所述外部电路供给的放电电流和从所述外部电路向所述蓄电装置供给的充电电流，通过多个所述保护电路内的所述串联连接电路的两个所述保险丝流动；其特征在于所述各保护电路内的所述串联连接电路的所述连接点相互连接。
4.如权利要求1至权利要求3中任一项所述的二次电池装置，其特征在于一个所述串联连接电路的两个所述保险丝，在连接于该保险丝的所述加热器上流过预定值以上的电流时，由于该加热器的发热而被加热、熔断。
5.如权利要求1所述的二次电池装置，其特征在于所述控制电路检测出异常时，使所述开关元件导通。
6.如权利要求2所述的二次电池装置，其特征在于所述控制电路检测出异常时，使所述开关元件导通。
7.如权利要求3所述的二次电池装置，其特征在于所述控制电路检测出异常时，使所述开关元件导通。
8.如权利要求4所述的二次电池装置，其特征在于所述控制电路检测出异常时，使所述开关元件导通。
全文摘要
在并联连接了由两个保险丝f
文档编号H01M6/50GK1685559SQ20038010016
公开日2005年10月19日 申请日期2003年12月4日 优先权日2002年12月12日
发明者川津雅巳, 田村久弥, 古内裕治, 松吉雅弘, 古田和隆 申请人:索尼化学株式会社