專利名稱：熱關斷裝置和電池組組件的制作方法
技術領域：
本發(fā)明涉及可穩(wěn)定用于二次電池組組件的熱關斷裝置和使用該熱關斷裝置的電池組組件。
圖9表示在日本專利臨時公布號7-153499中提出的電池組組件。這種電池組組件裝有安全裝置a，該安全裝置被構造為雙金屬開關b、與雙金屬開關b并聯(lián)連接的電阻器c、以及與雙金屬開關b串聯(lián)連接的電阻器d裝在外殼(未示)中。
在該電池組組件中，如果通過充電端子e流進過量的充電電流，在電阻器d中產(chǎn)生焦耳熱，從而雙金屬開關b被關斷以停止對組合電池組f充電。如果雙金屬開關b被關斷，通過電阻器c和d中產(chǎn)生的熱量來維持雙金屬開關b的關斷狀態(tài)。


圖10和11表示在日本專利臨時公布號63-503020中提出的安全關斷裝置。圖10中示出的關斷裝置被構造為電阻器i與串聯(lián)連接到負載g上的雙金屬開關h并聯(lián)連接，以及電阻器k布置在負載g和雙金屬開關h之間的公共接點和開關j之間。
在該裝置中，如果閉合開關j，在電阻器k中產(chǎn)生焦耳熱以關斷雙金屬開關h，從而切斷負載g中的電流。如果雙金屬開關h被關斷，通過電阻器i和k中產(chǎn)生的熱量來維持雙金屬開關的關斷狀態(tài)。
圖11中示出的關斷裝置被構造為相互串聯(lián)連接的電阻器m和n與雙金屬開關h并聯(lián)連接，以及開關j被連接到電阻器m和n的公共點上。
在該裝置中，如果閉合開關j，在電阻器m和n中產(chǎn)生焦耳熱以關斷雙金屬開關h，結果切斷負載g中的電流。如果雙金屬開關h被關斷，通過電阻器m中產(chǎn)生的熱量來維持雙金屬開關的關斷狀態(tài)。
圖9中示出的安全裝置具有以下問題。(1)通過電阻器c中產(chǎn)生的熱量來維持雙金屬開關b的關斷狀態(tài)，作為負載的電池組f的阻抗必須很低。這意味著當電池組f被外部短路時，保持接通狀態(tài)。在其中使用電池組組件的最近的情況中，二次電池組組件剛剛從如計算機這樣的設備中去掉，從而電池組的外部短路電路在很少情況中出現(xiàn)。因此，極大地限制了安全裝置的功能。
(2)近年來，需要恰當充電/放電控制的電池組，如鋰電池組，被頻繁應用于二次電池組組件中。在這種電池組的情況中，由過充電所致的過電壓和過熱產(chǎn)生危險，從而采取多種安全措施以防止這些現(xiàn)象。
作為一個例子，使用雙金屬開關和溫度熔斷器的安全裝置都被用于保護控制電路。然而，由于如上面(1)中所述安全裝置的功能被極大地限制，溫度熔斷器最終執(zhí)行關斷操作。
然而，一旦溫度熔斷器執(zhí)行了關斷操作，其就不能再使用。因此，即使溫度熔斷器是由于誤使用而操作的，昂貴的電池組組件也不能被再使用。
(3)由于電阻器c與雙金屬開關b并聯(lián)連接，即使雙金屬開關b被關斷的情況下，也不能實施完全電氣關斷。因此，雙金屬開關b被關斷后，出現(xiàn)電流從充電器流入電池組f中的現(xiàn)象(未示)，該充電器被連接到充電端子e，或相反出現(xiàn)電流從電池組f泄漏到該裝置中的現(xiàn)象。鑒于安全，這種現(xiàn)象是不需要的。
另一方面，圖10中示出的關斷裝置被構造為使得電阻器i與雙金屬開關h并聯(lián)連接，以及圖11中示出的關斷裝置被構造為使得由電阻器m和n組成的串聯(lián)組合電阻器與雙金屬開關h并聯(lián)連接。
因此，在這些關斷裝置中，即使雙金屬開關h被關斷的情況下，也不能實施完全電氣關斷，從而甚至當雙金屬開關h被關斷后，電流流到負載g中。也就是說，這些關斷裝置產(chǎn)生如上面(3)中所述的同樣問題。
鑒于上述情況，提供本發(fā)明。相應地，本發(fā)明的一個目的是提供一種熱關斷裝置，其在各種異常狀況如過電流、過電壓等狀況下，關適于斷操作、關斷狀態(tài)的維持、消除異常后的再使用、以及完全電氣關斷。
本發(fā)明的另一個目的是提供一種使用上述熱關斷裝置的電池組組件。
為實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明提供一種熱關斷裝置，其包括設在第一和第二端子之間的觸點、通過熱響應元件的位移斷開/閉合的觸點、以及設在第一和第三端子之間的發(fā)熱電阻器，其中，當使得電流通過第三端子流入發(fā)熱電阻器中時產(chǎn)生的熱量來移位熱響應元件。
在熱關斷裝置中，PTC元件被用作發(fā)熱電阻器。
同時，發(fā)熱電阻器可形成為片型，以及片型電阻器可被設置為使得其與熱響應元件接觸。
該熱關斷裝置完成下述操作。(1)由于根據(jù)各種信息來執(zhí)行關斷操作以及關斷狀態(tài)可通過使用一個發(fā)熱電阻器來維持，所以可使得該裝置體積小且成本低，并擴大了其應用范圍。(2)由于沒有電阻器與斷開/閉合的觸點并聯(lián)，所以可提供可靠的電關斷性能。因此，改善了作為保護器的可靠性。
并且，本發(fā)明提供一種裝有熱關斷裝置的電池組組件，該熱關斷裝置包括設在第一和第二端子之間的觸點、通過熱響應元件的位移來斷開/閉合的觸點、和設在第一和第三端子之間的發(fā)熱電阻器；以及可充電電池組，其中熱關斷裝置的第一端子被連接到用于外部連接的第一端子上，其第二端子通過電池組被連接到用于外部連接的第二端子上，以及其第三端子被連接到用于外部連接的第三端子上；以及使得電流通過用于外部連接的第三端子流入發(fā)熱電阻器中，從而通過由發(fā)熱元件產(chǎn)生的熱量引起的熱響應元件的位移來斷開觸點。
該電池組組件完成以下操作。(3)執(zhí)行熱關斷裝置的斷開/閉合操作，并且通過充電器或如計算機的外部設備的操作來維持斷開狀態(tài)。因此，不僅可執(zhí)行對于短路等的保護操作而且可執(zhí)行根據(jù)各種信息的多種保護操作。(4)由于能可靠地操作電氣關斷，防止了持續(xù)關斷期間電流從電池組的流入和流出。結果改善了安全。(5)該電池組的經(jīng)濟優(yōu)點在于其通過斷開發(fā)熱電源可被再使用。
此外，本發(fā)明提供一種裝有熱關斷裝置的電池組組件，該熱關斷裝置包括設在第一和第二端子之間的觸點、通過熱響應元件的位移來斷開/閉合的觸點、和設在第一和第三端子之間的發(fā)熱電阻器；一種可充電電池組，以及一種用于檢測電池組狀況以當該狀況異常時閉合開關元件的異常檢測裝置，其中，熱關斷裝置的第二端子被連接到用于外部連接的第一端子上，其第一端子通過該電池組被連接到用于外部連接的第二端子上，以及其第三端子被連接到開關元件上；以及通過閉合該開關元件，使得電池組的電流流到發(fā)熱電阻器中，從而通過發(fā)熱電阻器產(chǎn)生的熱量引起的熱響應元件的位移來斷開觸點。
在該電池組組件中，異常檢測裝置根據(jù)電池組的電流來檢測電池組的狀況。
并且，異常檢測裝置可根據(jù)電池組的電壓來檢測電池組的狀況。
此外，異常檢測裝置可根據(jù)電池組的溫度來檢測電池組的狀況。
除上面(4)中所述的操作外，該電池組組件還可完成以下操作。(6)由于熱關斷裝置的關斷狀態(tài)是通過電池組的放電電流引起的電阻器的熱產(chǎn)生來維持的，當電池組的放電電流減小到預定值時，熱關斷裝置自動回到閉合狀態(tài)。因此，需要熱關斷裝置的返回操作。(7)執(zhí)行多種保護操作，并且電池組可再使用。
圖1是沿圖2的線B-B的斷面圖，表示根據(jù)本發(fā)明的熱關斷裝置的一個實施例；圖2是沿圖1的線A-A的斷面圖；圖3是表示根據(jù)本發(fā)明的熱關斷裝置的另一個實施例的斷面圖；圖4是圖3中示出的熱關斷裝置的縱剖圖；圖5是片型電阻器的分解透視圖；圖6是圖1和3中示出的熱關斷裝置的電路圖；圖7是表示本發(fā)明電池組組件的一個實施例的電路圖；圖8是表示本發(fā)明電池組組件的另一個實施例的電路圖；圖9是表示常規(guī)電池組組件的結構的電路圖10是表示常規(guī)熱關斷裝置的一個例子的電路圖；以及圖11是表示常規(guī)熱關斷裝置的另一個例子的電路圖。
在圖1和圖2中，由導電材料形成的靜觸頭1在其后端部分形成有端子2，其前端部分形成有靜觸點3。在靜觸頭1上固定有絕緣板4。絕緣板4在其后部具有兩個圓柱形突起4a和4b，以及該圓柱形突起4a、4b穿過形成在動觸頭5、電阻器8、端子9等中的孔，此后描述其。
由彈性金屬板形成的動觸頭5位于絕緣板4上。通過將其后部固定到絕緣板4的兩個圓柱形突起4a和4b上來支持動觸頭5。在動觸頭5的前端部和后端部形成有動觸點6，其分別正對靜觸點3和端子9。
是熱響應元件的雙金屬片7被置于動觸頭5的上表面上。通過用設在動觸頭5兩端的卡子5c和5d固定來支持雙金屬片7。
當溫度達到預定值時，雙金屬片7執(zhí)行反向操作以使得動觸頭5變形。動觸頭5的這種變形將動觸點6與靜觸點2分開。為了通過雙金屬片7的反向操作產(chǎn)生的動觸頭5的這種變形盡可能大，在動觸頭5的中部設有圓形突起5f。
固定到圓柱形突起4a和4b上的電阻器8被設在動觸頭5的后部，以及固定到圓柱形突起4a和4b上的端子10設在電阻器8的上表面上。因此，電阻器8的一端被電連接到動觸頭5后部的上表面上，其另一端被電連接到端子10的下表面上。
具有電氣絕緣特性的絕緣板11被設在端子10的上表面上。穿過絕緣板11后圓柱形突起4a和4b被熔接或焊到絕緣板11的上表面上。
如此組裝的組件被嵌入到外殼12中，以及通過樹脂13或類似物來密封外殼12的開口。
圖3、4和5表示根據(jù)本發(fā)明的熱關斷裝置的另一個實施例，在這些圖中，用將0加到圖1和2中示出的元件的標號上形成的標號來表示與圖1和2中的元件相應的元件。
在該實施例中，突起41設在絕緣板40上而不是設在圖2中示出的動觸頭50上的突起5f上。并且，雙金屬片70具有使得圖2中示出的雙金屬片7的后端部被延伸的形狀。
在動觸頭50和雙金屬片70之間設有圖3和5中所示的片型電阻器80。該片型電阻器80被構造為使得具有相當高電阻的金屬膜(例如，厚度為50微米的不銹鋼膜)的一個和另一個表面80b分別由具有電氣絕緣特性的柔性薄片(例如，聚酰亞胺樹脂)80a和80c覆蓋。
金屬膜80b的右和左后部80d和80e從薄片80a和80c的后端被暴露。通過如焊接或熔接的方式，端部80d被固定到動觸頭50的后端部，以及端部80e有用于連接到外電路的端子100。
動觸頭50的后端部、雙金屬片70、和片型電阻器80通過設在絕緣板40上的棱柱形部件42被穿過，并被壓到一起通過絕緣件110固定。
片型電阻器80具有位于在該狀態(tài)中的固定部分外側上的主要發(fā)熱區(qū)，其產(chǎn)生50％或更多的熱量值。特別地，主要發(fā)熱區(qū)向前延伸以位于動觸頭50和雙金屬片70之間的空間中，以及其前端部與雙金屬片70的下表面接觸。
由于電阻器80是柔性的，其不會阻止雙金屬片70的反向操作。而且，由于電阻器80的主要發(fā)熱區(qū)通過折曲金屬膜80b形成，通過改變金屬膜80b的厚度、寬度、和彎曲形狀可調整電阻。
圖6是根據(jù)上述實施例的熱關斷裝置的電路圖。根據(jù)熱關斷裝置S，當異常負載電流在端子2(20)和9(90)之間流動時，由動觸頭5中產(chǎn)生的熱量所致的雙金屬片7(70)的反向操作將動觸點6(60)和靜觸點3(30)分離。如果持續(xù)提供用于產(chǎn)生熱量的電流，觸點6(60)和3(30)的斷開狀態(tài)將被維持。
在該熱關斷裝置S中，電阻器8(80)沒有與雙金屬開關元件并聯(lián)連接。當開關元件在斷開狀態(tài)時，從而完全切斷負載電流。也就是說，該熱關斷裝置S提供非常好的關斷質量。
如果所謂PTC(正溫度系數(shù))元件如正熱敏電阻用作發(fā)熱電阻器8(80)，可改善熱關斷裝置的響應。正如熟知的那樣，PCT元件具有當溫度升高時電阻突然上升的特性。
圖7表示根據(jù)其中裝有上述熱關斷裝置S的本發(fā)明的電池組組件的實施例。
電池組組件200-1被構造為使得熱關斷裝置S的端子9(90)、其端子2(20)、和其端子10(100)分別被連接到用于外部連接的端子201、可充電電池組(例如，鋰電池組)202、和用于外部連接的端子204上。
用于外部連接的端子201和203分別被連接到充電器300的正輸出端子和負輸出端子上。并且，用于外部連接的端子203和204被連接到裝在充電器300或如計算機的設備(未示)中的異常檢測電路301中的常開開關元件302(包括半導體開關元件)上。
在電池組200-1中，如果異常充電電流流到熱關斷裝置S中時，異常檢測電路301檢測異常充電電流以閉合開關元件302。相應地，電流流入熱關斷裝置S的電阻器8(80)中，從而電阻器產(chǎn)生熱量，以此熱關斷裝置S被斷開。結果，切斷充電電流。
檢測異常充電電流后，異常檢測電路301維持開關元件302的閉合狀態(tài)。在此期間，發(fā)熱元件80的發(fā)熱狀態(tài)通過從充電器300提供的電流來維持。
當從充電器300上移去電池組組件200-1時，或當關斷裝有充電器300的電源設備如計算機時，沒有電流流入電阻器8(80)中，從而電阻器8(80)的溫度降低。當電阻器8(80)的溫度降低到預定值時，熱關斷裝置S的雙金屬片7(70)執(zhí)行返回操作，處于再使用狀態(tài)。
盡管上面已說明了在異常充電電流(過電流)流動情況中的操作，異常檢測電路301也具有檢測異常充電電壓(過電壓)以閉合開關元件302的功能。
用于檢測電池組202的溫度的溫度傳感器如熱敏電阻可包括在異常檢測電路301中，從而當電池組202的溫度異常(過熱)時，閉合開關元件302。
圖8表示根據(jù)裝有熱關斷裝置S的本發(fā)明的電出租組件的另一個實施例。
電池組組件200-2裝有對應于圖7中所示的異常檢測電路的異常檢測電路205。熱關斷裝置S的端子2(20)被連接到用于外部連接的第一端子201上，其端子9(90)通過電池組202和異常檢測電路205被連接到用于外部連接的第二端子203上，以及其端子10(100)通過異常檢測電路205的常開開關元件206被連接到電池組202的負極上。
在該電池組200-2中，如果異常電流流入熱關斷裝置S中，異常檢測電路205檢測異常電流以閉合開關元件206。相應地，電流流入熱關斷裝置S的電阻器8(80)中，從而電阻器產(chǎn)生熱量，以此斷開熱關斷裝置。結果，切斷異常電流。
當電池組202充電時，異常檢測電路檢測異常充電電流作為上述異常電流。在這種情況下，檢測異常充電電流后，異常檢測電路205維持開關元件206的閉合狀態(tài)。在此期間，電阻器8(80)供有從電池組202的熱產(chǎn)生電流。熱產(chǎn)生電流隨電阻器8(80)的功率損耗所致的電池組202的電壓的下降而減小。當熱產(chǎn)生電流減小到預定值時，電阻器8(80)的熱產(chǎn)生溫度降低，從而熱關斷裝置S回到閉合狀態(tài)。
另一方面，當電池組202放電時，異常檢測電路205檢測由過載、外部短路等引起的異常放電電流作為上述異常電流。在這種情況下，異常檢測電路205閉合開關元件206并維持閉合狀態(tài)，從而斷開異常電流。
異常檢測電路205也具有檢測電池組202的異常充電電壓以閉合開關元件302的功能。如上所述，用于檢測電池組202的溫度的溫度傳感器如熱敏電阻可包括在異常檢測電路205中，從而當電池組202的溫度異常時閉合開關元件206。
權利要求
1．熱關斷裝置包括設在第一和第二端子之間的觸點，所述觸點通過熱響應元件的位移斷開/閉合，以及發(fā)熱電阻器設在所述第一和第三端子之間，其中當使得電流通過所述第三端子流入所述發(fā)熱電阻器中時產(chǎn)生的熱量來移位所述熱響應元件。
2．根據(jù)權利要求1的熱關斷裝置，其中PTC元件被用作所述發(fā)熱電阻器。
3．根據(jù)權利要求1的熱關斷裝置，其中所述發(fā)熱電阻器形成為片型，以及所述片型電阻器布置為使得其與所述熱響應元件接觸。
4．電池組組件裝有熱關斷裝置，該熱關斷裝置包括設在第一和第二端子之間的觸點，所述觸點通過熱響應元件的位移斷開/閉合，以及設在所述第一和第三端子之間的發(fā)熱電阻器；以及可充電電池組，其中所述熱關斷裝置的所述第一端子被連接到用于外部連接的第一端子上，其所述第二端子通過所述電池組被連接到用于外部連接的第二端子上，以及其所述第三端子被連接到用于外部連接的第三端子上，以及使得電流通過用于外部連接的所述第三端子流入所述發(fā)熱電阻器中，從而通過由所述發(fā)熱電阻器產(chǎn)生的熱量所致的所述熱響應元件的位移來斷開所述觸點。
5．裝有熱關斷裝置的電池組組件，該熱關斷裝置包括設在第一和第二端子之間的觸點，所述觸點通過熱響應元件的位移斷開/閉合，以及設在所述第一和第三端子之間的發(fā)熱電阻器；可充電電池組；以及用于檢測所述電池組的狀況以在所述狀況異常時閉合開關元件的異常檢測裝置，其中所述熱關斷裝置的所述第二端子被連接到用于外部連接的第一端子上，其所述第一端子通過所述電池組被連接到用于外部連接的第二端子上，以及其所述第三端子被連接到所述開關元件上，以及通過閉合所述開關元件，使得所述電池組的電流流到所述發(fā)熱電阻器中，從而通過由所述發(fā)熱電阻器產(chǎn)生的熱量所致的所述熱響應元件的位移來斷開所述觸點。
6．根據(jù)權利要求5的電池組組件，其中由所述異常檢測裝置檢測的所述電池組的狀況為所述電池組的電流。
7．根據(jù)權利要求5的電池組組件，其中由所述異常檢測裝置檢測的所述電池組的狀況為所述電池組的電壓。
8．根據(jù)權利要求5的電池組組件，其中由所述異常檢測裝置檢測的所述電池組的狀況為所述電池組的溫度。
全文摘要
通過熱響應元件(7)的位移來斷開/閉合的觸點(3、6)設在第一和第二端子(2、9)之間,以及發(fā)熱電阻器(8)設在第一端子(9)和第三端子(10)之間,從而通過當使得電流通過第三端子(10)流入發(fā)熱電阻器(8)中時產(chǎn)生的熱量來移位熱響應元件(7)。
文檔編號H01H61/02GK1287373SQ00118749
公開日2001年3月14日 申請日期2000年6月23日 優(yōu)先權日1999年6月25日
發(fā)明者武田秀昭 申請人:打矢恒溫器株式會社