JP2003234055A

JP2003234055A - 過電圧保護装置およびそれを用いたバッテリー保護システム

Info

Publication number: JP2003234055A
Application number: JP2002033478A
Authority: JP
Inventors: Masao Inae; 正男稲江; Hiroya Baba; 浩也馬場
Original assignee: Texas Instruments Japan Ltd
Current assignee: Texas Instruments Japan Ltd
Priority date: 2002-02-12
Filing date: 2002-02-12
Publication date: 2003-08-22
Also published as: US20030151868A1

Abstract

(57)【要約】【課題】本発明は、新規な過電圧保護構造を有し、小
型化、低価格化が可能な信頼性の高い過電圧保護装置を
提供することを目的とする。【解決手段】二次電池を過電圧から保護する過電圧保
護装置５１は、ケース本体５２、樹脂カバー５３、外部
端子５６、５７、５８、圧電アクチェータ５４を有す
る。外部端子５６、５７は圧電アクチェータ５４の各電
極にそれぞれ電気的に接続され、外部端子５８は固定接
点６０を有する。圧電アクチェータ５４は、ケース本体
５２内に片持ち梁状に支持され、外部端子５６、５７間
に過電圧が印加されたとき、先端部を変位させて可動接
点６１を固定接点６０から解放する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、過電圧保護装置及
びそれを用いたバッテリー保護システムに関し、特にリ
チウムイオン電池に代表される非水系二次電池の過充電
等を防ぐための保護装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】充電式の二次電池には、その電解液が可
燃性のものと不燃性のものがあり、前者を非水系二次電
池、後者を水系二次電池として区別している。非水系二
次電池は、高いエネルギー密度および高い発生電圧の特
徴から小型軽量化された携帯電話やノートＰＣ用の電池
装置として急速に使用され、その数量が増加している。
リチウムイオン電池は、化学的に不安定なリチウムと可
燃性の電解液を用い、これらは鉄やアルミニウムなどの
金属缶あるいは高分子樹脂製のラミネートケース内に封
入されている。リチウムイオン電池は、ニッケルカドミ
ューム二次電池と異なり、過大電圧により過充電を行う
とリチウムイオンがリチウム金属として析出し、さらに
その状態から化学反応が進むと、電池温度が上昇し金属
リチウムが化学反応し、熱暴走を起こしたり、電解液が
分解してガスが発生しケース内圧が上昇し、金属缶が膨
らんだりあるいは破裂や爆発等の重大な障害を引き起こ
すおそれがある。

【０００３】他方、電池が放電により決められた電池電
圧以下まで下がると、電池内部の電極から銅などの金属
イオンが溶解して析出し正負電極間を内部短絡させたり
電池性能を低下させるおそれがある。内部短絡した電池
を充電すると大電流が流れて発熱し、上記過充電のとき
と同様の障害を引き起こすおそれがある。

【０００４】このため、非水系二次電池では安全を確保
するために電池素子自体の安全設計だけでなく、電池素
子の過充電や過放電を防止するための保護回路基板など
を電池素子とともに樹脂ケースに収めた電池装置が用い
られている。

【０００５】図１７は、角型リチウムイオン電池の構造
を示す断面図である。電池金属ケース２０１内に、電解
液２０２が充填され、正電極板２０３と負電極板２０４
はセパレータ２０５によって分離される。正電極板２０
３は接続タブ２０６を介して電池の正極２０７に接続さ
れ、負極電極２０４は接続タブ２０８介して負極となる
ケース２０１に接続される。ケース２０１には安全弁２
０９が設けられ、安全弁２０９とセパレータ２０５とが
電池の安全機構として働く。セパレータ２０５は、高分
子フィルムからできていて、フィルムにはイオンを自由
に通過させるための微細孔が形成されている。内部が高
温になるとフィルムが溶融して微細孔がつぶれイオン、
すなわち電流を遮断する。安全弁２０９は、ケース内部
の高圧ガスがケース２０１を破壊する前にガスを放出す
るもので、ケース２０１よりも薄い金属板等で構成され
ている。

【０００６】図１８は携帯電話用の角型リチウムイオン
電池装置の実装例を示す。リチウムイオン電池２１１は
半導体保護回路基板２１２上に実装され、これらは通常
プラスチックケース内に収容される。正電極端子は接続
タブ２１３を介して保護回路基板に接続され、負電極端
子である電池ケースは、ＰＴＣ素子２１４を介して保護
回路基板に接続される。ＰＴＣ素子２１４は一定温度以
上になると自己発熱により高抵抗となって電流を制限す
るが、ＰＴＣ素子以外にも温度ヒューズやバイメタルブ
レーカを用いて異常温度に対する保護を行っても良い。

【０００７】図１９は半導体保護回路基板２１２の構成
を示すブロック図である。リチウムイオン電池２２１の
端子２２２、２２３を介して充電装置２２４により充電
電流２２５が流れ、他方、放電時には負荷２２６により
端子２２２、２２３を介して放電電流２２７が流れる。
端子２２２、２２３間には半導体保護回路２２８が接続
され、この保護回路２２８は電圧・電流を監視し、充電
電流２２５をスイッチ２２９で、放電電流２２７をスイ
ッチ２３０でオン・オフ制御し、リチウムイオン電池に
過大電圧が印加されたり、あるいはリチウムイオン電池
の最低電池電圧以下になるのを防ぐ。２３１は上述した
ＰＴＣ素子や温度ヒューズ又はバイメタルブレーカによ
る熱応答性保護素子であり、保護回路２２８の二次的な
保護を行う。

【０００８】図２０は保護回路の詳細を示す図である。
半導体保護回路２２８は、比較器２４１、２４２を含
み、これらの一方の入力端子には抵抗分割された電圧が
入力され、他方の入力端子には過大電圧および最低電圧
を検出するための基準電位が入力される。比較器２４１
は端子間に過大電圧が印加されたときこれを検知してＭ
ＯＳトランジスタ２４３をオフし、比較器２４２は最低
電圧が印加されたときこれを検知してＭＯＳトランジス
タ２４４をオフする。電流検知器２４５は、放電の大電
流を検知してＭＯＳトランジスタ２４４をオフする。半
導体保護回路２２８が適切に動作しなかった場合には、
熱応答保護素子２３１が二次的な保護として機能し、電
池の温度上昇を検知して回路電流を制限または遮断す
る。

【０００９】電池異常時の障害に対して時系列的に一
次、二次、三次の保護が行われる。例えば、電池充電時
の異常操作により過大電圧が印加されると、最初に動作
するのは半導体保護回路２２８である。半導体保護回路
２２８が一次保護として適切に機能しない場合、電池の
非可逆性の化学反応が進み発熱する。この温度を二次保
護装置としての熱応答性保護素子２３１（ＰＴＣ、温度
ヒューズ、バイメタルブレーカ）が検知し、回路電流を
制限し又は遮断する。さらに、電池の異常が進行する
と、電池自体に設けられたセパレータ２０５あるいは安
全弁２０９が第三次保護装置として機能を開始し、電解
液の遮断またはガス抜きが行われる。

【００１０】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記従
来の非水系二次充電装置に対する保護装置及びその保護
システムに次のような課題があった。非水系二次電池へ
の充電中に落雷が生じたりあるいは充電装置の誤使用な
どの理由により充電電圧等に異常が生じた場合、最初に
保護動作するのは充放電電圧を監視する半導体保護回路
であるが、この回路は半導体素子を用いて構成されてい
るためにサージ電圧や静電気放電により破壊されること
があり、また強い電磁波を受けた場合に配線パターンが
アンテナとして誤動作を引き起こすことがあり、正常な
保護動作が果たさないおそれがある。また、多くの回路
素子はハンダ付けにより基板に実装されているが、この
接続不良により保護動作が完全に行われない場合には、
充電用電源からのエネルギーが電池に継続して供給され
てしまい、これによって電池が過充電され、熱暴走や破
裂などを起こすおそれがある。

【００１１】さらに、非水系電池の封止ケースに製造上
の品質問題が原因で液漏れが生じると、電解液に接触し
た電子回路が異常発振を起こし、大電流が流れて発熱
し、可燃性の電解液が加熱され発煙等を起すおそれがあ
る。また、電池が規定の最低電圧以下になったときに保
護回路が働いて放電回路が遮断された後、電池が長期間
にわたって放置されると、電池の自己放電以外に保護回
路自身が電流を消費するので電圧の低下を加速してしま
う。

【００１２】さらに、電池素子の内部抵抗にＭＯＳトラ
ンジスタ２４３、２４４が２個直列に接続されるので回
路全体の抵抗が高くなってしまい、これはパルス負荷電
流が大きい携帯電話では電圧降下が大きくなり電池動作
時間を短くしてしまう。電流遮断素子としてＭＯＳトラ
ンジスタの代わりに小型電磁リレーの使用が考えられる
が、電流駆動なので駆動電力や形状が大きくなってしま
い、小型化を要求される電池装置には不適である。

【００１３】他方、電池が過充電等された場合に二次的
な保護動作を行うＰＴＣ、バイメタルサーキットブレー
カ、あるいは温度ヒュ-ズ等の感熱式の保護素子は、電
池の異常温度を検知して充電電流を制限したり、回路を
遮断するが、これらは二次的な保護であるため、時とし
て電池内部の非可逆性の反応が進行してしまい、電池が
劣化し危険な状態になっているおそれがある。

【００１４】そこで本発明は、上記従来の非水系二次電
池の保護装置およびその保護システムの欠点を解決し、
新規な過電圧保護構造により小型化および低価格化が可
能で信頼性の高い過電圧保護装置を提供することを目的
とする。さらに本発明は、二次電池に対する過電圧およ
び過熱または過電流の保護機能を備えた過電圧保護装置
を提供することを目的とする。さらに本発明は、低電圧
動作されるバイモルフ型圧電アクチュエータを用いた過
充電保護装置を提供することを目的とする。

【００１５】

【課題を解決するための手段】第１の発明に係る過電圧
保護装置は、二次電池を過電圧から保護する過電圧保護
装置であって、ケースと、少なくとも第１、第２、第３
の端子と、圧電アクチェータとを有する。圧電アクチェ
ータは、ケース内に片持ち梁状に支持され、その先端部
に可動接点を有し、圧電アクチェータの第１、第２の電
極が第１、第２の端子にそれぞれ電気的に接続される。
第１、第２の端子間に電圧が印加されたとき圧電アクチ
ェータの先端部が変位可能であり、第３の端子は可動接
点と係合可能な固定接点を有する。

【００１６】好ましくは、圧電アクチェータは、多層積
層された圧電セラミックス素子を含み、第１、第２の端
子間に電圧が印加されたときに逆圧電効果により先端部
の可動接点を変位させる。圧電セラミックス素子を多層
積層することで、比較的小さな電圧でも大きな変位力を
生じさせることができる。さらに、圧電アクチェータ
は、その中央に長手方向に延びる金属板を含み、金属板
は圧電アクチェータの第１の電極として働き、金属板の
両側に複数の圧電素子を積層するようにしても良い。中
央に金属板を設けることで、圧電アクチェータの可動接
点が固定接点に一定の接圧で接触するような機械的強度
を向上させることができ、かつ、金属板の両側に薄膜の
圧電素子を貼り付ける工程を容易にすることができる。

【００１７】過電圧保護装置のケースは、実質的に内部
に密閉空間を提供し、第１および第２の端子がケースの
長手方向の第１の端部から突出し、第３の端子が前記ケ
ースの第１の端部と対向する第２の端部から突出する、
３端子構造を有する。これによって、過電圧保護装置を
小型化することができ、特に、携帯電話や携帯端末に使
用されるリチウムイオン電池またはポリマー系リチウム
イオン電池は小型化を必要とされるためこの要求にも合
致する。

【００１８】第２の本発明に係る過電圧保護装置は、ケ
ースと、少なくとも第１、第２、第３の端子と、圧電ア
クチェータと、導電性材からなり弾性を備えた可動アー
ム部材とを有する。圧電アクチェータは、ケース内に片
持ち梁状に支持され、圧電アクチェータの第１、第２の
電極が第１、第２の端子にそれぞれ電気的に接続され
る。第１、第２の端子に電圧が印加されると圧電アクチ
ェータの先端部が変位可能であり、第３の端子は固定接
点を有する。可動アームは固定接点に係合可能な可動接
点を備え、圧電アクチェータの先端部が変位するとき可
動アームの可動接点が固定接点と係合または非係合とさ
れる。

【００１９】好ましくは、可動アームは圧電アクチェー
タの先端部に押下されてスナップ動作をし、可動アーム
は、例えば金属板を打ち抜き加工してバネ部を形成した
ものである。

【００２０】第３の発明に係る過電圧保護装置は、二次
電池を過電圧から保護する過電圧保護装置であって、ケ
ースと、少なくとも第１、第２、第３の端子と、圧電ア
クチェータと、バイメタル素子とを有する。第１、第２
の端子は圧電アクチェータの第１、第２の電極にそれぞ
れ電気的に接続され、第３の端子は固定接点を有する。
圧電アクチェータは、ケース内に片持ち梁状に支持さ
れ、第１、第２の端子間に印加される電圧に応答してそ
の先端部が変位可能である。バイメタル素子は圧電アク
チェータと固定接点間に配され、バイメタル素子の第１
の端部は第３の端子に固定され、第２の端部は圧電アク
チェータの先端部に係合可能である。バイメタル素子は
熱に応答して第２の端部をスナップ動作するものであ
る。

【００２１】好ましくは、過電圧保護装置は、第１、第
２の端子間に規定以上の電圧が印加されたとき、圧電ア
クチェータの先端部が変位してバイメタル素子の第２の
端部をスナップ動作させる。また、過電圧保護装置は、
第１の端子、圧電アクチェータ、前記バイメタル素子、
及び第３の端子間に電流通路を形成し、バイメタル素子
は電流通路を流れる過電流に応答して前記第２の端部を
スナップ動作させるものである。

【００２２】第４の発明に係る充電可能な電池を保護す
るシステムは、電池と、電池に充電電圧を供給する第
１、第２の充電端子と、電池と第１の充電端子間に直列
に接続される過電圧保護装置とを有する。過電圧保護装
置は、ほぼ密閉された空間内に圧電アクチェータを配
し、第１、第２の充電端子に過電圧が印加されたとき電
流経路を遮断する。

【００２３】好ましくは、過電圧保護装置は、電圧検出
用端子を含み、電圧検出用端子は第２の充電端子に電気
的に接続される。さらに保護システムは、電池と第１ま
たは第２の充電端子間に熱応動素子を含み、熱応動素子
は一定温度を検知すると電流を制限または遮断すること
が望ましい。さらに保護システムは、スナップ動作駆動
回路を含み、該回路は、第１の充電端子に所定電圧より
大きい過電圧が印加された電圧を検出する検出部と、該
検出部により過電圧が検出されたとき、電圧検出用端子
を基準電位に導通させる駆動部とを有する。こうするこ
とで、圧電アクチェータを電子的にスナップ動作するこ
とを可能ならしめる。また、過電圧保護装置は、支持部
材を介して二次電池に一体にあるいは近接して取り付け
実装される。

【００２４】本発明によれば、圧電アクチェータを用い
た過電圧保護装置により二次電池を過電圧から保護する
ようにしたので、従来の半導体保護回路に比べて、簡略
化した構造で部品点数で非常に少なくすることができ、
コストを低減することが可能となる。さらに、半導体集
積回路を用いるとはんだ不良等による信頼性の問題があ
ったが、本発明による圧電アクチェータの過電圧保護装
置の場合にははんだ不良の問題がないため信頼性低下の
懸念が減少される。

【００２５】また、従来の半導体保護回路に直列に挿入
されていた２個のＭＯＳトランジスタを圧電アクチェー
タによる一個の金属接点リレーに置き換えられたので回
路インピーダンスの低下が図れ、電池の動作時間を長く
することができる。さらに、半導体素子を用いた保護電
子回路では、電磁シールド対策が必要な場合があるが、
本発明の過電圧保護装置であれば強電磁波による誤動作
または静電気放電破壊などに対して信頼性を強化するこ
とができ、半導体保護回路のような自己消費電力による
過放電を防ぐこともできる。

【００２６】

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態につい
て図面を参照して詳細に説明する。本実施の形態の過電
圧保護装置は、バイモルフ型圧電アクチェータを用いる
ものであり、始めにその原理を説明する。図１に単層圧
電セラミックスアクチュエータの断面図を示す。圧電ア
クチェータ１は、その内部を長手方向に走るシム板２
と、シム板２の両側に貼り付けられる圧電素子３、４と
を有する。シム板２は弾性を有する金属薄板であり、例
えば、リン青銅、ベリリウム銅、ステンレスなどの材料
から目的に応じて選択される。シム板２はリレーの通電
型可動片として使用可能であり、その場合にはシム板２
の先端には接点端子が設けられる。

【００２７】シム板２の両サイドの圧電素子３，４は、
例えば圧電セラミックスである。いくつか種類の材料が
開発され実用化されているが、ＰｂＺｒＯ３とＰｂＴｉ
Ｏ３の固溶体であるＰＺＴ系（商品名）が望ましい。圧
電セラミックスの製造は、粉末状のセラミック材料を焼
結し、再度微小粒に粉砕し、グリーンフィルムと呼ばれ
る薄いフィルム状シートに成型する。このシートの表面
に導電体のペーストをスクリーン印刷することで表面電
極を形成し、高温で焼成する。そして、シートに直流高
電圧を印加して分極処理し自発分極の方向が揃えられ
る。分極処理された圧電セラミックス３、４は、それぞ
れ分極方向が一致するようにシム板２上に接着剤で貼り
付けられる。

【００２８】圧電アクチェータ１は、その基部を固定部
材５によって固定され、いわゆるカンチレバー（片持ち
梁）状に支持される。シム板２は圧電アクチェータ１の
機械的強度を与えるとともに圧電セラミックス３、４へ
の共通電極として負（または正）の電位が印加され、圧
電セラミックス３、４の表面電極には正（または負）の
電位が印加される。２つの圧電素子３、４の各表面電極
は短絡され、外部端子に引き出される。

【００２９】次に、バイモルフ型単層圧電セラミックス
を用いた圧電アクチュエータの動作を説明する。バイモ
ルフ型アクチェータの駆動方法は、まず圧電素子３、４
の表面電極とシム板２との間に直流電圧を印加する。こ
れがバイモルフ型アクチュエータのパラレル駆動で両面
の圧電素子３、４にはシム板２との間に同電圧が印加さ
れる。圧電アクチェータ１には、電界方向６が各圧電素
子３、４の分極方向と同じになるものとと逆になるもの
が存在する。逆圧電効果により電界方向６と分極が同一
方向の圧電素子は長さ方向に収縮し（図１の圧電素子
３）、電界方向と分極が逆方向になる圧電素子は長さ方
向に伸張する（図１の圧電素子４）。これによって、圧
電アクチュエータ１はその先端を変位させる。

【００３０】片持梁構造の単層バイモルフ型圧電アクチ
ュエータを、印加電圧Ｖでパラレル駆動した場合。先端
の変位量Ｄと発生力（変位力）Ｆを次式で表すことがで
きる。変位量Ｄ（μｍ）∝Ｋ１×ｄ_３１×Ｖ×（Ｌ／Ｔ）^２発生力Ｆ（Ｎ）∝Ｋ２×Ｗ×Ｄ×Ｖここで、Ｋ１は係数であり約６、Ｋ２は係数であり２、
Ｄは変位量（μｍ）、ｄ_３１は横方向圧電係数（ｍ／
ｖ）、Ｖは印加電圧（ＲＭＳ）、Ｌは自由振動長（ｍ
ｍ）、Ｔはシム板及び圧電素子の全厚み（ｍｍ）、Ｗは
巾（ｍｍ）である。上記式からも明らかなように、低電
圧動作で十分な変位量Ｄと発生力Ｆを得るためには横方
向圧電係数（ｄ３１）の大きい材料を必要とする。

【００３１】図２に単層圧電アクチェータをパラレル駆
動した場合の電圧−変位特性を示す。本実験例では、Ｌ
＝２２ｍｍ、Ｔ＝１２０μｍ、Ｗ＝４ｍｍとしたとき、
直流電圧４．５Ｖで約２２０ミクロンの変位を得ること
ができる。

【００３２】圧電アクチェータをリレー動作させる場合
には、アクチュエータの変位量、発生力、構造、接点電
流、定格電圧などの使用条件を勘案して設計する必要が
ある。圧電アクチュエータのバネ特性を利用する場合、
固定されたアクチェータの基部から作用点までの距離に
よりバネ特性は異なる。図３（ａ）は、圧電アクチェー
タのバネ特性を示す図であり、同図（ｂ）は変位と力の
関係を示す図である。圧電アクチェータの長さ（自由振
動長）をＬとしたとき、その先端をＤ１だけ変位させた
とき、距離Ｍだけ離れた点ではＦ１の力が発生する。仮
に、圧電アクチェータに可動接点を設けたとすると、Ｆ
１の接圧を得ることができる。

【００３３】圧電アクチェータをリレー動作に用いる場
合、必要な発生力を大きくすることが望ましく、例え
ば、極薄の圧電フィルムを多層積層して大きな変位量Ｄ
と発生力Ｆを得ることが可能である。図４に、シム板の
片側にそれぞれ３層ずつ圧電素子を積層し、全体で６層
構造とした圧電アクチェータを示す。多層圧電アクチェ
ータ２１は、シム板２２の両側に３層ずつの圧電素子２
３、２４、２５と、２６、２７、２８とを有する。６層
の圧電素子は、各層ごとに分極方向が交互に異なるよう
に配置される。圧電素子２３と２６の境界面、２４と２
５の境界面、及び２７と２８の境界面に存する電極が短
絡され、これらはシム板２２に接続されて、一方の電位
が供給される。圧電素子２５の表面電極２９を圧電素子
２３と２４の境界面に存する電極に短絡させ、圧電素子
２８の表面電極３０を圧電素子２６と２７の境界面に存
する電極に短絡させて、表面電極２９、３０に他方の電
位を供給し、各層の印加電圧が等しくされる。この場
合、変位量Ｄは全体の厚さに反比例して小さくなるが、
発生力Ｆは巾と厚さに比例して大きくなる。

【００３４】バイモルフ型アクチェータに多層積層構造
の圧電素子を採用し、低電圧駆動することによりリレー
動作に必要な大きな発生力と大きな変位を得ることがで
きる。大きな発生力が得られると、機構的に変位増幅を
設けることも可能となる。本発明では、圧電素子の厚
さ、シム材の厚さ、全体の厚さ、自由振動長、横幅など
をパラメータとして、圧電アクチェータの過電圧保護時
のリレー動作が最適となるような設計をした。

【００３５】図５（ａ）は、本実施例に係る過電圧保護
装置の構成を示す断面図であり、同図（ｂ）はカバーを
除去した状態の平面図である。過電圧保護装置５１は、
一面を開放した直方体状の絶縁性の樹脂ケース本体５２
と、該開放面を封止し内部に密閉空間を提供するための
絶縁性の樹脂カバー５３とを有する。ケース本体５２
は、低電圧駆動のバイモルフ型圧電アクチュエータ５
４、導電コネクター５５、外部端子５６、５７、５８を
収容し、ケース本体５２と樹脂カバー５３は超音波溶接
によって固着される。

【００３６】外部端子５６、５８はケース本体５２とと
もに一体にモールド成型され、外部端子５６、５８の一
端はケース本体５２の対向側からそれぞれ突出する。外
部端子５６、５８の他端はケース本体５２内に延在し、
ケース本体５２のほぼ中央に設けられた絶縁性の突起５
９の手前で停止する。外部端子５８には導電性金属の固
定接点６０が設けられ、固定接点６０は圧電アクチェー
タ５４の一端部に設けられた導電性金属の可動接点６１
と接触される。圧電アクチェータ５４の他端部におい
て、後述するように、そのシム板が外部端子５７に接続
され、シム板の両側に設けられた圧電セラミックスの電
極が導電コネクター５５を介して外部端子５６に接続さ
れる。ケース本体５２の底部には、樹脂ブロック６１及
び６２によって孔６３が形成され、該孔６３内に導電コ
ネクター５５が収容位置決めされる。導電コネクター５
５は、例えばシリコーンゴム内に導電性金属を混在させ
た弾力性のあるコネクターを用いることが望ましい。但
し、これ以外にもスプリング状の金属コネクターであっ
ても良い。

【００３７】樹脂カバー５３の裏面には、平坦な頂面を
持つ突出部６４が一体に形成され、樹脂カバー５３をケ
ース本体５２に固着するときに、突出部６４は孔６３上
に位置決めされ、突出部６４の頂面が圧電アクチェータ
５４を介して導電コネクター５５を押圧し、圧電セラミ
ックスの表面電極が導電コネクター５５を介して外部端
子５６に電気的に接続される。樹脂カバー５３がケース
本体５２に固着されたとき、圧電アクチェータ５４のほ
ぼ中央付近が突起５９に当接し、かつ可動接点６１が一
定の接圧で固定接点６０に接触される。

【００３８】図６（ａ）は圧電アクチェータの平面図、
同図（ｂ）はその側面図である。本実施例の過電圧保護
装置５１は３端子構造であり、圧電アクチェータ５４の
内部を走るシム板と呼ばれる金属板７１が外部端子５７
に接続される。シム板７１は外部端子５７と一体であっ
ても良いし、あるいは、シム板７１を異なる外部端子金
属と溶接しても良い。シム板７１は、圧電アクチェータ
のリレー可動アームとして機能するとともに、外部端子
５７から供給された電流を可動接点６１を介して固定接
点６０へ伝える。

【００３９】圧電アクチェータ５４を製作するにあたっ
て、圧電セラミックスス７２を多層構造にし、６層ない
し１０層のものを試作した。シム板７１を含む全体の厚
さは数百ミクロン以下であり、長さは２０ないし３０ｍ
ｍ、幅は約３ないし１０ｍｍの範囲に収まるようにし
た。圧電セラミックススを多層構造とすることによっ
て、比較的低い電圧で動作してもアクチェータとして必
要な発生力を生じさせることが可能である。

【００４０】シム板７１の両側には多層の圧電セラミッ
クス７２がそれぞれ貼り付けられ、圧電セラミックスの
表面には電極層７３が形成されている。上下の圧電セラ
ミックス７２の各電極層７３は、上下の電極層を結ぶワ
イヤー７４により短絡される。あるいは、各電極層７３
は、圧電セラミックス７２およびシム板７１を貫通する
穴に充填した導電体７４ａによって短絡されされても良
い。内部の圧電セラミックスの電極は図４で説明したと
きと同様に短絡される。各電極層７３上には電極層の露
出を防ぐための防湿性のフィルムがコーテイングされ、
該フィルムには、導電性コネクター５５と接触する領域
に開口７５が形成される。また、シム板７１の基部には
孔７６が形成され、孔７６は、圧電アクチェータ５４が
ケース本体５２内に配されるとき、樹脂ブロック６２上
において樹脂６２ａによってポッテイングされ、圧電ア
クチェータ５４の固定が行われる。

【００４１】過電圧保護装置５１の保護動作は、外部端
子５６と５８間に電圧を印加することによって行われ
る。電圧がこの２端子間に印加されると、上述したよう
にバイモルフ型圧電アクチュエータ５４は上または下向
きに変曲可能であり、変曲方向は圧電セラミックススの
各層の分極方向と印加電界方向により上下いずれかに駆
動できる。本実施例では、圧電アクチェータ５４の可動
接点６１が一定の接圧で固定接点６０に接触され、外部
端子５６、５７間の電圧が規定電圧以上になると、圧電
アクチュエータ５４が上向に変位して可動接点６１が固
定接点６０から解放（非係合）される。このとき圧電ア
クチェータ５４は、突起５９を支点にすることにより可
動接点６１を比較的急峻にかつ大きく変位させることが
できる。

【００４２】過電圧保護装置５１は、最少の三端子の構
造でよいので実装が容易であるとともに、部品点数を少
なくすることができ、小型にかつ低コストで製造するこ
とができる。また、過電圧保護装置を樹脂ケースに収容
したが、必ずしも樹脂ケースに限らず、防水性の高いも
の金属ケースに収めることで、電池からの電解液漏れに
対して一層の信頼性を持たせることもできる。さらに、
上記実施例では、圧電アクチェータにシム板を用いるこ
とで機械的な強度を補強したが、その必要がないときに
はシム板を除去しても良い。

【００４３】図７は本実施例による過電圧保護装置を保
護回路に適用した例を示す。過電圧保護装置５１の外部
端子５７は、充電装置等が接続される正極端子８１に接
続され、外部端子５８はリチウムイオン電池８３の正電
極に接続され、外部端子５６は温度ヒューズ８４を介し
て負極端子８２に電気的に接続される。充電時には、充
電圧電流が正極端子８１より印加され、充電流は圧電ア
クチュエータに用いられているシム金属板からリレー接
点を経由して電池正極から流入し負極を経由し負極端子
８２より充電器に戻される。放電時には電流は逆方向に
流れる。充電装置等の異常操作や落雷や静電放電等によ
るサージ電圧が端子８１、８２間に現れると、外部端子
５６、５８を介して圧電アクチェータに過電圧が印加さ
れ、圧電アクチェータが変位し、端子５７、５８間の電
流通路が遮断される。圧電アクチュエータは、十数マイ
クロ秒以内にトリップし回路を開放する。外部端子５
６、５７間の検出電圧が作動電圧以上に保たれる間はリ
レーによって開放状態が継続される。外部端子５６、５
８間の印加電圧が下がると再度リレーが接点を閉じリチ
ウムイオン電池８３の充放電を可能とする。この作動電
圧は電池メーカより推奨される許容最大電圧Ｖｐか又は
少し高い電圧に設定する。一般に、電池への過電圧印加
の保護する許容最大電圧値は約４．３Ｖである。

【００４４】図８に過電圧保護装置の回路遮断動作特性
を示す。過電圧保護装置５１への入力電圧（図７のリチ
ウムイオン電池８３を可変入力電圧にする）を変化させ
たときの出力電圧（端子８１、８２間の電圧）を測定し
たものである。入力電圧の上昇時には、Ｖｏｆｆで可動
接点がトリップして回路が遮断される。そして、高電圧
側からゆっくり電圧を下げた場合、Ｖｒｅｓｅｔで開放
された可動接点が復帰する。この電圧差がヒステリシス
電圧Ｖｈｙｓである。このヒステリシスによって、過電
圧保護装置の接点のリップルを防止でき、可動接点がト
リップした直後に再び可動接点が復帰しようとする動作
を防止する。

【００４５】図９に過電圧保護装置をリチウムイオン電
池へ実装した例を示す。過電圧保護装置５１は支持部材
９１上に固定され、それらの外部端子は接続タブ９２、
９３を介してリチウムイオン電池８３の各電極端子に接
続される。過電圧保護装置５１のケースあるいはハウジ
ングは、好ましくは、電解液などに対応するような防水
であることが望ましい。ケースには樹脂ケースや金属ケ
ースを用いることができる。金属ケースを用いる場合に
は、所望の部分を絶縁シールで覆うようにしてもよい。
温度ヒューズ８４が電池８３の温度を適切に感知し易く
するように、過電圧保護装置５１と電池８３と近接する
ことが望ましい。

【００４６】過電圧保護装置で用いる圧電アクチュエー
タは、容量が数千ピコファラッドで、電圧駆動であるた
め、電池電圧のようなゆるやかな電圧変動では消費電力
が非常に少なくゼロに近い。このため、待機時にほとん
ど電力を消費しない。さらに、高い耐雑音特性を有して
いるという利点がある。

【００４７】本発明の第２の実施の形態を図１０及び図
１１に示す。本実施例の過電圧保護装置は、線形的な変
位動作をする圧電アクチュエータの動作をスナップ動作
に変換させてスナップリレー動作を実現するものであ
り、これによって、急峻な遮断特性を実現可能とする。
第１の実施の形態との大きな違いは、リレー機構を可動
アームの板バネと固定接点によって構成している点であ
る。過電圧保護装置１０１は、ケース本体１０２と樹脂
カバー１０３を含み、これによって形成された空間内に
圧電アクチェータ１０４、板バネ１０５、樹脂ブロック
１０６、外部端子１０７、１０８、１０９を含む。

【００４８】圧電アクチェータ１０４は、樹脂カバー１
０３とケース本体１０２間に配される樹脂ブロック１０
６によって基部を支持された片持梁構造であり、外部端
子１０７、１０８間に印加される電圧に応答してその先
端を変位させる。外部端子１０９はケース本体１０２か
ら内部に延在する端部１１０を有し、端部１１０はケー
ス本体１０２の底部内に支持されている。底部の表面に
は突起１１１が形成されており、この突起１１１上に板
バネ１０５が配される。板バネ１０５は反転動作が可能
なバネであり、その一端はケース本体１０２と樹脂ブロ
ック１０６間によって固定され、さらにそこから延在す
る部分が外部端子１０７に電気的に接続される。外部端
子１０７は圧電アクチェータ１０４の一方の電極（シム
板）にも接続され、板バネの端部とシム板の端部は樹脂
ポッテイング１１２によって固定されている。板バネ１
０５の他端には可動接点１１３が設けられ、可動接点１
１３は外部端子１０９から分岐した固定接点１１４に接
続される。板バネ１０５の中腹部は突起１１１によって
支持され、可動接点１１３は固定接点１１４に一定の接
圧で接触されている。圧電アクチェータ１０４の先端部
は、板バネ１０４上に当接して位置している。外部端子
１０８は圧電アクチェータ１０４の表面電極部と電気的
に接続される。

【００４９】通常動作時では、外部端子１０７に供給さ
れた電流は、板バネ１０５を通り、可動接点１１３およ
び固定接点１１４を介して外部端子１０９へ流れる。外
部端子１０７、１０８間の印加電圧が規定電圧値を超え
ると、圧電アクチェータ１０４の先端が下方に変位しよ
うとし、その変位力が板バネ１０５の反転力に打ち勝つ
と、板バネ１０５の可動接点１１３がトリップし、固定
接点１１４から急峻に離れ、導電経路つまり回路が遮断
される。

【００５０】本実施の形態の過電圧保護装置は、圧電ア
クチェータ１０４を電流通路として用いずアクチュエー
タとして独立させているため、定格電流の自由度が増す
という利点がある。さらに、反転動作する板バネ１０５
を用いてスナップ動作のリレーを実現するため、回路遮
断特性が急峻化し、ゆっくりとスイッチの開閉動作が行
われる、いわゆるクリープ現象を防ぐことができる。ま
た、過電圧保護装置の接点間の開放動作電圧の設定は、
接点の機械的な位置を調整することによっても可能であ
る。たとえば、固定接点を取り付ける真鍮の端子を機械
的に塑性変形させ、端子位置を移動させることで開放動
作電圧の校正を行うようにしても良い。

【００５１】スナップ動作のリレーに用いる板バネを図
１２に示す。板バネ１０５は電流が流れる可動アームと
して機能する。材質として、薄い金属板のリン青銅、ベ
リリウム銅、ステンレスなどが用いられる。細い溝が二
本並行に打ち抜かれ、両端の細板部分１０５ａを塑性変
形させることにより全体の長さを短縮すると、中央の板
状部１０５ｂが湾曲され板バネとして働く。この動きを
等価モデルで現して説明したのが図１３である。

【００５２】図１３において、板バネの本体をアーム１
３１で表し、バネ部１０５ａ、ｂを押しバネ１３２で表
している。同図（ａ）は、板バネの先端（可動接点）が
左側に付勢された状態であり、同図（ｂ）は先端が中立
な状態にあり、同図（ｃ）は先端が右側に付勢された状
態にある。板バネ、すなわちアーム１３１は、同図
（ｂ）の中立点では安定した状態になく、常にバネ１３
２の作用により（ａ）若しくは(ｃ)の状態になろうとす
る。このため（ａ）から（ｂ）への変位に必要な力が外
部から与えられると、瞬時にスナップ作用により（ｃ）
の状態へ変位する。この逆も同様である。板バネ１０５
は、最初一方に倒れていて先端の可動接点１１３がバネ
による接圧で固定接点１１４に接触されている。ここで
バネの先端を逆に押していくと、先端が中心線より少し
反対側に入ったときにバネの力により一方に倒れる。こ
れをスナップ動作と言い、バイメタルなどの保護素子で
も多く用いられている。アーム１３１の長さ方向の押す
位置により必要なストローク（距離）と力が変化する。
接点近くを押すと必要なストロークが大きくなる反面必
要な力（Ｎ）は小さくになる。スナップ動作時の変位と
応力の関係グラフを図１４に示す。同図に示すように、
変位するときにＳ字のような曲線を描くのが特徴であ
る。

【００５３】図１２に示す板バネの構成は一例であっ
て、これ以外にも種々の材料、形状の金属板を用いてス
ナップ動作を行うことが可能である。さらに、上記実施
例は３端子構造の過電圧保護装置を用いたが、このほか
にリレー用端子と電圧検出駆動端子を各々２端子として
独立にして４端子構造にすることも可能である。この場
合、一般的なリレー機構と同様になり、低電圧で小電力
駆動が可能なリレー動作をさせることが可能となり、幅
広い条件への適用が可能となる。

【００５４】次に本発明の第３の実施の形態について説
明する。図１５は、第３の実施例に係る過電圧保護装置
の示し、同図（ａ）は断面図を示し、同図（ｂ）は樹脂
カバーを取り外した状態の平面図である。過電圧保護装
置１５１は、熱応答性のバイメタル素子を包含し、過電
圧の保護機能に加えて過電流および異常温度についての
保護機能を有する。保護装置１５１は、本体ケース本体
１５２と樹脂カバー１５３を含み、これによって形成さ
れた空間内に圧電アクチェータ１５４、バイメタル素子
１５５、導電性コネクター１５６、外部端子１５７、１
５８、１５９を含む。

【００５５】圧電アクチェータ１５４は、その一端に形
成された孔１５４ａを樹脂ポッテイング１６０すること
により本体ケース１５２の固定台１６１上に固定され
る。圧電アクチェータ１５４の基部において、圧電セラ
ミックスの電極が導電コネクター１５６を介して外部端
子１５７に接続され、圧電アクチェータ１５４はこれを
支点に片持ち梁上に支持される。外部端子１５９はケー
ス本体１５２から内部に延在する延在部１６２を有し、
その中央付近に固定接点１６３が設けられる。また、延
在部１６２の端部は、ケース本体１５２の中央のブロッ
ク１６４内に固定され、その近傍においてバイメタル素
子１５５の一端１５５ａが溶接される。バイメタル素子
１５５の他端１５５ｂは、圧電アクチェータ１５４の先
端に溶接された可動接点１６５に所定の接圧で接触され
る。外部端子１５７のケース本体１５２内に延在する端
部もブロック１６４内に固定される。

【００５６】通常動作時、外部端子１５８に供給された
電流は、圧電アクチェータ１５４から可動接点１６５、
バイメタル素子１５５及び延在部１６２を経由して外部
端子１５９へ伝えられる。外部端子１５７、１５８間に
過電圧が印加されると、バイモルフ型圧電アクチェータ
が変位をし、その先端の可動接点１６５の変位力がバイ
メタル素子１５５の反転圧力を超えると、バイメタル素
子１５５がスナップ動作し、バイメタル１５５の他端１
５５ｂが固定接点１６３に接触し、電流経路が遮断され
る。このとき、圧電アクチェータ１５４の先端の変位量
は小さく、バイメタル素子１５５の反転後はその可動接
点１６５とバイメタル素子の他端１５５ｂとの間には一
定の距離が保たれる。

【００５７】外部端子１５７、１５８間に過電圧が印加
されず、何らかの障害によりリチウムイオン電池が発熱
し、その周囲温度が予め設定されたバイメタル素子の反
転温度を越えた場合、バイメタル素子１５５が瞬時にス
ナップ動作し、バイメタル１５５の端部１５５ｂが可動
接点１６５から固定接点１６３へ移動し、電流経路を遮
断する。

【００５８】さらに、過充電、過放電、静電放電、ある
いは短絡等により異常な電流が流れた場合、バイメタル
素子１５５は自己通電による自己発熱により反転し、電
流経路を遮断する。このように、本実施例の過電圧保護
装置は、過電圧の保護のみならず過電流および異常高温
に対する保護が可能であり、単一の保護装置によって一
次的、二次的な保護機能を提供することができる。

【００５９】次に、本発明の第４の実施の形態について
図１６を参照して説明する。本実施例は、過電圧保護装
置を用いた保護回路に、半導体素子によるスナップアク
ション駆動回路を設けたものである。この回路によって
電子的なスナップ動作を実現させるものである。同図に
おいて、スナップ動作駆動回路１７０は、定電圧ツエナ
ーダイオード１７１とＮＰＮバイポーラトランジスタ１
７２を用いて接点開放動作電圧の誤差電圧を小さくす
る。ツエナーダイオード１７１のカソードは、過電圧保
護装置１７３の圧電アクチェータ１７４のリレー端子１
７５に接続され、もう一方のリレー端子１７６は正電極
端子１７７に接続される。ツエナーダイオード１７１の
アノードは、ＮＰＮトランジスタ１７２のベースに接続
され、またベース・エミッタ間には抵抗が接続される。
ＮＰＮトランジスタ１７２のコレクターは、過電圧保護
装置１７３の電圧検出端子１７８に接続されるとともに
抵抗を介してツエナーダイオード１７１のカソードに接
続され、エミッタは電池１７９および負電極端子１８０
に接続される。

【００６０】定電圧ダイオード１７１の電圧をＶｚとす
ると、充電電圧がＶｚ＋Ｖｂｅ（ベース・エミッタ間電
圧で約０．５ボルト）となると定電圧ダイオード１７１
が導通し電流が流れ、ＮＰＮトランジスタ１７２がオン
する。コレクター電圧はコレクター電流Ｉｃにより電圧
降下しコレクタ・エミッタ間の電圧Ｖｃｅは０．１Ｖ以
下になる。その結果、リレー端子１７５と電圧検出端子
１７８の電位差が急峻に圧電アクチュエータ１７４が動
作する電圧値以上になり、可動接点が固定接点からトリ
ップして接点を開放する。スナップ動作駆動時にＮＰＮ
トランジスタ１７２による電力消費はあるが、電池１７
９の過大電圧が保護電圧以下に降下されると、スナップ
動作駆動回路１７０は再びオフ状態となり、電流は流れ
ず待機電力はゼロである。

【００６１】以上、本発明のいくつかの実施の形態につ
いて説明したが、本発明は上記例に限定されるものでは
なく、また上記例は本発明の範囲内において種々変形、
変更等が可能であることは言うまでもない。

【００６２】

【発明の効果】本発明は非水系二次電池の過電圧保護装
置を圧電受動素子のみで実現することができるので、保
護装置の部品点数を削減し、簡略化することができ、低
コストな保護装置を提供することができる。このような
過電圧保護装置を二次電池に用いれば、二次電池そのも
のも非常に小型化、低コスト化することができ、携帯端
末等の小型化を要求する装置に好適に適用することがで
きる。さらに、圧電アクチェータを密閉ケース内に収容
することで、二次電池の電解液に接触することもなく、
二次電池に対する安定的な保護動作を期待することがで
きる。

【図面の簡単な説明】

【図１】図1は本発明の過電圧保護装置の原理を示す単
層圧電セラミックスアクチュエータの断面図である。

【図２】図２は図1の圧電アクチェータの電圧−変位特
性を示す図である。

【図３】図３（ａ）は圧電アクチェータのバネ特性を示
す図であり、図３（ｂ）は変位と力の関係を示す図であ
る。

【図４】図４はシム板の片側にそれぞれ３層の圧電素子
を積層した６層構造の圧電アクチェータを示す図であ
る。

【図５】図５（ａ）は、第１の実施例に係る過電圧保護
装置の構成を示す断面図であり、図５図（ｂ）はカバー
を除去した状態の平面図である。

【図６】図６（ａ）は圧電アクチェータの平面図、図６
図（ｂ）はその側面図である。

【図７】図７は過電圧保護装置を保護回路に適用した例
を示す図である。

【図８】図８は圧電アクチェータによる過電圧保護装置
の回路遮断動作特性を示す図である。

【図９】図９は過電圧保護装置を二次電池に実装した状
態を示す図である。

【図１０】図１０は本発明の第２の実施例に係る過電圧
保護装置の断面を示す図である。

【図１１】図１１は図１０の樹脂カバーを除去した状態
の平面図である。

【図１２】図１２は第２の実施例の過電圧保護装置のス
ナップ動作用リレーに用いられる板バネを示す図であ
る。

【図１３】図１３は図１２の板バネの等価モデルを示す
図である。

【図１４】図１４はスナップ動作時の変位と応力の関係
を示すグラフである。

【図１５】図１５は本発明の第３の実施例に係る過電圧
保護装置の示し、同図（ａ）は断面図を示し、同図
（ｂ）は樹脂カバーを取り外した状態の平面図である。

【図１６】図１６は本発明の第４の実施例に係るバッテ
リー保護システム回路を示す図である。

【図１７】図１７は角型リチウムイオン電池の構造を示
す断面図である。

【図１８】図１８は従来の携帯電話用角型リチウムイオ
ン電池装置の実装例を示す。

【図１９】図１９は従来の半導体保護回路基板の構成を
示すブロック図である。

【図２０】図１９の半導体保護回路の詳細を示す図であ
る。

【符号の説明】

１、２１、５４、１０４、１５４、１７４：圧電アクチ
ェータ２、２２、７１：シム板３、５、７２：圧電素子５１、１０１、１５１、１７３：過電圧保護装置５６、５７、５８、１０７、１０８、１０９：外部端子６０、１１４、１６５：固定接点６１、１１３、１６３：可動接点１０５：板バネ１５５：バイメタル素子１７０：スナップ動作駆動回路

フロントページの続き (72)発明者馬場浩也静岡県駿東郡小山町棚頭305番地日本テキサス・インスツルメンツ株式会社小山工場内Ｆターム(参考） 5H030 AA03 AS11 AS14 AS18 BB01 BB12 DD12 DD14 DD15 DD28 FF43

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】二次電池を過電圧から保護する過電圧保
護装置であって、該過電圧保護装置は、ケースと、少な
くとも第１、第２、第３の端子と、圧電アクチェータと
を有し、前記圧電アクチェータは、前記ケース内に片持ち梁状に
支持され、その先端部に可動接点を有し、前記圧電アク
チェータの第１、第２の電極が前記第１、第２の端子に
それぞれ電気的に接続され、前記第１、第２の端子間に
電圧が印加されたとき前記圧電アクチェータの前記先端
部が変位可能であり、前記第３の端子は前記可動接点と係合可能な固定接点を
有する、過電圧保護装置。
【請求項２】前記圧電アクチェータは、多層に積層さ
れた圧電セラミックス素子を含み、前記第１、第２の端
子間に電圧が印加されたときに逆圧電効果により前記先
端部を変位させ、前記可動接点と前記固定接点とを非係
合状態にする、請求項１に記載の過電圧保護装置。
【請求項３】前記圧電アクチェータは、その中央に長
手方向に延びる金属板を含み、該金属板は前記第１の電
極として作用し、前記金属板の両側に複数の圧電素子が
積層される、請求項１または２に記載の過電圧保護装
置。
【請求項４】前記ケースは、実質的に内部に密閉空間
を提供し、前記第１および第２の端子が前記ケースの長
手方向の第１の端部から突出し、前記第３の端子が前記
ケースの前記第１の端部と対向する第２の端部から突出
する、請求項１ないし３いずれか記載の過電圧保護装
置。
【請求項５】前記二次電池は、リチウムイオン電池ま
たはポリマー系リチウムイオン電池であり、前記過電圧
保護装置が前記リチウムイオン電池を充電器の過充電か
ら保護する、請求項１ないし４いずれか記載の過電圧保
護装置。
【請求項６】二次電池を過電圧から保護する過電圧保
護装置であって、該過電圧保護装置は、ケースと、少な
くとも第１、第２、第３の端子と、圧電アクチェータ
と、導電性材からなり弾性を備えた可動アーム部材とを
有し、前記圧電アクチェータは、前記ケース内に片持ち梁状に
支持され、前記圧電アクチェータの第１、第２の電極が
前記第１、第２の端子にそれぞれ電気的に接続され、前
記第１、第２の端子に電圧が印加されると前記圧電アク
チェータの先端部が変位可能であり、前記第３の端子は固定接点を有し、前記可動アームは前記固定接点に係合可能な可動接点を
備え、前記圧電アクチェータの先端部が変位するとき前
記可動アームの可動接点が前記固定接点と係合または非
係合とされる、過電圧保護装置。
【請求項７】前記可動アームは、前記圧電アクチェー
タの先端部に押下されてスナップ動作をする請求項６に
記載の過電圧保護装置。
【請求項８】前記可動アームは、金属板にバネ部を形
成し、該バネ部により前記スナップ動作を行う請求項７
に記載の過電圧保護装置。
【請求項９】前記ケースは、実質的に内部に密閉空間
を提供し、前記第１および第２の端子が前記ケースの長
手方向の第１の端部から突出し、前記第３の端子が前記
ケースの前記第１の端部と対向する第２の端部から突出
する、請求項６ないし８いずれか記載の過電圧保護装
置。
【請求項１０】二次電池を過電圧から保護する過電圧
保護装置であって、該過電圧保護装置は、ケースと、少
なくとも第１、第２、第３の端子と、圧電アクチェータ
と、バイメタル素子とを有し、前記第１、第２の端子は前記圧電アクチェータの第１、
第２の電極にそれぞれ電気的に接続され、前記第３の端
子は固定接点を有し、前記圧電アクチェータは、前記ケース内に片持ち梁状に
支持され、前記第１、第２の端子間に印加される電圧に
応答してその先端部が変位可能であり、前記バイメタル素子は前記圧電アクチェータと前記固定
接点間に配され、前記バイメタル素子の第１の端部が前
記第３の端子に固定され、第２の端部が前記圧電アクチ
ェータの先端部に係合可能であり、前記バイメタル素子は熱に応答して前記第２の端部をス
ナップ動作する、過電圧保護装置。
【請求項１１】前記過電圧保護装置は、前記第１、第
２の端子間に規定以上の電圧が印加されたとき、前記圧
電アクチェータの先端部が変位して前記バイメタル素子
の第２の端部をスナップ動作させる、請求項１０に記載
の過電圧保護装置。
【請求項１２】前記過電圧保護装置は、前記第１の端
子、圧電アクチェータ、前記バイメタル素子、及び第３
の端子間に電流通路を形成し、前記バイメタル素子は前
記電流通路を流れる過電流に応答して前記第２の端部を
スナップ動作させる、請求項１０または１１に記載の過
電圧保護装置。
【請求項１３】充電可能な電池を保護するシステムであ
って、電池と、前記電池に充電電圧を供給する第１、第２の充電端子
と、前記電池と前記第１の充電端子間に直列に接続される過
電圧保護装置とを有し、前記過電圧保護装置は、ほぼ密閉された空間内に圧電ア
クチェータを配し、前記第１、第２の充電端子に過電圧
が印加されたとき電流経路を遮断する、保護システム。
【請求項１４】前記過電圧保護装置は、電圧検出用端
子を含み、該電圧検出用端子は前記第２の充電端子に電
気的に接続される、請求項１３に記載の保護システム。
【請求項１５】前記保護システムは、前記電池と前記
第１または第２の充電端子間に熱応動素子を含み、該熱
応動素子は一定温度を検知すると電流を制限または遮断
する、請求項１３または１４に記載の保護システム。
【請求項１６】前記保護システムは、スナップ動作駆
動回路を含み、該回路は、前記第１の充電端子に所定電
圧より大きい過電圧が印加されたことを検出する検出部
と、該検出部により前記過電圧が検出されたとき、前記
電圧検出用端子を基準電位に接続する駆動部とを有す
る、請求項１４または１５に記載の保護システム。
【請求項１７】前記過電圧保護装置は、支持部材を介
して前記電池に近接して取り付けられる請求項１３ない
し１６いずれか記載の保護システム。
【請求項１８】前記電池は非水系二次電池である請求
項１３ないし１７いずれか記載の保護システム。