Патент на изобретение №2332755

(54) ЗАЩИТНОЕ УСТРОЙСТВО ДЛЯ ПРЕДОТВРАЩЕНИЯ ИЗБЫТОЧНОГО ЗАРЯДА ВТОРИЧНЫХ БАТАРЕЙ И ВТОРИЧНЫЕ БАТАРЕИ С ТАКИМ УСТРОЙСТВОМ

(57) Реферат:

Защитное устройство содержит физически контактирующие друг с другом параллельно соединенные элемент постоянного напряжения, имеющий характеристику разряда/теплорассеяния в состоянии перенапряжения, и элемент с переходом металл-диэлектрик (ПМД-элемент), имеющий характеристику разряда в состоянии перегрева. Элемент постоянного напряжения и ПМД-элемент, каждый, подключены параллельно между катодным выводом и анодным выводом вторичной батареи. Такое контактное защитное устройство обладает характеристиками, сочетающими в себе характеристику разряда/теплорассеяния элемента постоянного напряжения и характеристику разряда ПМД-элемента, который немедленно реагирует на теплорассеяние элемента постоянного напряжения, выгодным образом приводя в результате к эффекту предотвращения избыточного заряда, поскольку контактное защитное устройство в случае избыточного заряда вызывает разряд с точки зрения двух факторов – напряжения и температуры. Использование такого простого контактного защитного устройства обеспечивает повышение безопасности работы вторичной батареи при воздействии перенапряжения и перегрева, вызванных избыточным зарядом. 6 н. и 6 з.п. ф-лы, 14 ил.

Область техники

[1] Настоящее изобретение относится к защитному устройству, которое включает в себя простой защитный элемент для защиты вторичной батареи от электрического перенапряжения и перегрева, вызванных избыточным зарядом (перезарядкой).

Уровень техники

[2] Под вторичными батареями обычно понимают такие батареи, как традиционная Ni/Cd (никель-кадмиевая) батарея, Ni/MH (никель-металлогидридная) ионно-литиевая батарея и предложенная литиевая ионная батарея, которые способны заряжаться и разряжаться. За последние годы повышающийся интерес к литиевым ионным батареям сделал исследования и разработку более успешными.

[3] Это происходит потому, что литиевая ионная батарея обладает намного более высокой удельной энергией, чем традиционная Ni/Cd-я батарея или Ni/MH-я батарея и им подобные. То есть, поскольку литиевая ионная батарея может быть изготовлена с малым размером и с малым весом, она пригодна для использования не только в источниках электропитания мобильных устройств, включая мобильные телефоны, видеокамеры и компьютеры типа «ноутбук», но также ее рассматривают в качестве источника питания электромобиля.

Раскрытие изобретения

Техническая проблема

[4] Несмотря на вышеупомянутые преимущества, литиевая ионная батарея имеет недостаток, заключающийся в том, что она уязвима по отношению к избыточному заряду. То есть, в случае, когда во вторичной батарее пренебрегают защитным устройством от избыточного заряда, существует риск несчастных случаев, приводящих к потере жизни или имущества из-за возгорания в результате взрыва.

[5] Из рассмотрения реакции между образующими батарею компонентами во время перезарядки видно, что имеет место усиление побочной реакции между LiCoO₂, который является активным материалом в катоде литиевой ионной батареи, и электролитом. Кроме того, эта побочная реакция приводит к разрушению кристаллической структуры активного материала катода и окислению электролита.

[6] Соответственно, в активном материале анода, состоящем из графита, может осаждаться литий и т.п. Если напряжение продолжает становиться выше после достижения батареей вышеупомянутого состояния, она может взорваться или загореться, что может привести к несчастному случаю.

[7] В особенности, ситуация становится хуже, когда стандартное напряжение, используемое во вторичной батарее, является высоким напряжением. Например, в случае подключения литий-ионной вторичной батареи к блоку электропитания автомобиля, к батарее прикладывается в случае легкового автомобиля напряжение 12 В, а в случае грузовика – напряжение 24 В в результате последовательного соединения вместе двух блоков электропитания на 12 В. По существу, в случае, когда перезарядку применяют мгновенно при напряжении, которое больше, чем напряжение, указанное в технической спецификации вторичной батареи, для защиты вторичной батареи от мгновенного перенапряжения желательно использовать защитное устройство.

[8] В известном уровне техники для защиты вторичной батареи от избыточного заряда обычно использовали дорогостоящую цепь управления зарядкой/разрядкой со сложной структурой и большой занимаемой площадью. Обычно эта цепь управления зарядкой/разрядкой выполнена таким образом, что входное напряжение и напряжение батареи или выходное напряжение во внешнюю цепь и напряжение батареи сравниваются для селективного переключения цепи управления зарядкой/разрядкой. Однако поскольку управляемым параметром цепи управления зарядкой/разрядкой является напряжение, вторичная батарея вряд ли защищена от перегрева (по температуре). Для защиты вторичной батареи от перегрева можно придумать схему, предусматривающую добавление реагирующего на температуру элемента, такого как элемент с положительным температурным коэффициентом сопротивления (ПТКС) или система отключения при перегреве. Добавление элемента с ПТКС или системы отключения при перегреве к цепи управления зарядкой/разрядкой может внести свой вклад в предотвращение избыточного заряда батареи и повышения температуры батареи путем прерывания приложенного тока при избыточном заряде. Однако поскольку элемент с ПТКС или система отключения при перегреве срабатывает выше заданной температуры, температура батареи должна подняться выше указанной заданной температуры, при которой срабатывает элемент с ПТКС или система отключения при перегреве. Более того, в случае, если батарея уже находится в стадии зарядки, то трудно добиться стабильности батареи только с помощью элемента с ПТКС или системы отключения при перегреве, которые только прерывают приложенный ток, когда температура батареи повышается из-за внешнего удара, изменения внешней окружающей среды и внутреннего короткого замыкания и т.п.

Техническое решение

[9] Задачей настоящего изобретения является обеспечение устройства для защиты вторичной батареи безопасным образом от перенапряжения и перегрева, вызванных избыточным зарядом (перезарядкой), с использованием простого защитного элемента.

[10] В настоящем изобретении предложена простая конструкция нового контактного защитного устройства. Это контактное защитное устройство характеризуется физическим контактированием двух элементов, что способствует разрядке с точки зрения 2 факторов, напряжения и тепла, при возникновении избыточного заряда.

[11] Контактное защитное устройство согласно настоящему изобретению характеризуется контактированием друг с другом элемента постоянного напряжения, обладающего характеристикой разряда/теплорассеяния при напряжении выше заданного, и элемента с переходом металл-диэлектрик (ПМД), обладающего характеристикой разряда при температуре выше заданной. Поэтому, поскольку при возникновении избыточного заряда тепло, выделившееся в элементе постоянного напряжения, оказывает воздействие на ПМД-элемент, так что этот ПМД-элемент претерпевает разряд, достигается стабильность вторичной батареи даже в том случае, если используется элемент постоянного напряжения с низкой емкостью.

[12] Контактное защитное устройство согласно настоящему изобретению характеризуется тем, что часть прилагаемого перенапряжения сверх стандарта вторичной батареи (избыточного напряжения), разряжается, в первую очередь, благодаря характеристике разряда элемента постоянного напряжения, а вторичный разряд достигается, поскольку тепло, выделившееся в элементе постоянного напряжения во время первичного разряда, заставляет действовать ПМД-элемент, сформированный вблизи элемента постоянного напряжения. В этом случае ПМД-элемент претерпевает разряд, реагируя на повышение температуры вследствие других причин, а также вследствие рассеяния тепла элемента постоянного напряжения.

[13] Благоприятные эффекты

[14] Поэтому может быть осуществлен разряд с точки зрения двух факторов – напряжения и температуры, и тем самым эффект разряда взаимно улучшается, поскольку характеристика разряда/теплорассеяния элемента постоянного напряжения и характеристика разряда скомбинированы друг с другом. Батарея в состоянии разряда более безопасна с точки зрения проблем, возникающих вследствие изменения внешней окружающей среды, внешнего удара и внутреннего короткого замыкания, поскольку батарея в состоянии разряда обладает меньшей энергией, чем батарея в состоянии заряда, и в первом случае обладает более стабильным состоянием своего активного материала и электролита.

Краткое описание чертежей

[15] Фиг.1 показывает конструкцию с комбинированием контактного защитного устройства и батареи согласно одному варианту воплощения настоящего изобретения.

[16] Фиг.2 показывает конструкцию с покрытием периметра контактного защитного устройства, изображенного на Фиг.1, антикоррозийным и влагонепроницаемым внешним материалом.

[17] Фиг.3 показывает конструкцию с контактированием друг с другом элементов, изображенных на Фиг.1, после нанесения вокруг каждого из них антикоррозийного и влагонепроницаемого внешнего материала.

[18] Фиг.4 показывает конструкцию с комбинированием друг с другом контактного защитного устройства и батареи согласно другому варианту воплощения настоящего изобретения.

[19] Фиг.5 показывает конструкцию с покрытием периметра контактного защитного устройства, изображенного на Фиг.4, антикоррозийным и влагонепроницаемым внешним материалом.

[20] Фиг.6 показывает конструкцию с комбинированием друг с другом контактного защитного устройства и батареи согласно другому варианту воплощения настоящего изобретения.

[21] Фиг.7 показывает конструкцию с покрытием периметра контактного защитного устройства, изображенного на Фиг.6, антикоррозийным и влагонепроницаемым внешним материалом.

[22] Фиг.8 показывает конструкцию, в которой контактное защитное устройство связано с внутренним пространством элемента батареи согласно одному варианту воплощения настоящего изобретения.

[23] Фиг.9 показывает конструкцию, в которой контактное защитное устройство связано с внешним пространством вокруг элемента батареи согласно одному варианту воплощения настоящего изобретения.

[24] Фиг.10 представляет собой график, отображающий вольтамперные характеристики диода Зенера, который является одним из видов устройств постоянного напряжения.

[25] Фиг.11 представляет собой график, отображающий изменение сопротивления при повышении или понижении температуры материала, имеющего характеристику ПМД.

[26] Фиг.12 представляет собой график, показывающий изменение сопротивления при повышении или понижении температуры термисторного устройства с отрицательным температурным коэффициентом сопротивления (ОТКС).

[27] Фиг.13 представляет собой график, отображающий изменение температуры вследствие повышения напряжения в случае приложения постоянного тока в 1 A к диоду Зенера, который является одним из устройств постоянного напряжения.

[28] Фиг.14 представляет собой график, отображающий изменение температуры вследствие повышения напряжения в случае приложения постоянного тока в 1 A к варистору, который является одним из видов устройств постоянного напряжения.

Варианты осуществления изобретения

[29] Настоящее изобретение позволяет безопасным образом защитить вторичную батарею от электрического перенапряжения и перегрева в случае избыточного заряда путем использования контактного защитного устройства с простой и новой конструкцией. А именно, в контактном защитном устройстве согласно настоящему изобретению тепло, выделившееся в элементе постоянного напряжения в случае избыточного заряда, немедленно вызывает работу ПМД-элемента за счет объединения с физической окрестностью элемента постоянного напряжения, реагирующего на перенапряжение, и ПМД-элемента, реагирующего на перегрев.

[30] Поясняя более конкретно соответствующий элемент контактного защитного устройства согласно настоящему изобретению, следует отметить, что элемент постоянного напряжения является тем же, что и диод Зенера или варистор, который обладает характеристикой стремительного протекания тока в том случае, когда внешнее напряжение больше заданного значения, таком как избыточный заряд и т.п. То есть стабильности батареи достигают путем создания тока разрядки в случае избыточного заряда для снижения напряжения батареи. В частности, в элементе постоянного напряжения с малой емкостью интервал между напряжением с током утечки и напряжением со стремительным протеканием тока достаточно мал. Поэтому, в случае избыточного заряда, в момент начала протекания тока утечки в элементе постоянного напряжения возникает первичная разрядка, а впоследствии тепло, выделившееся в элементе постоянного напряжения, оказывает влияние на ПМД-элемент при достижении напряжения со стремительным протеканием тока, приводя к разрядке в ПМД-элементе.

[31] Поэтому стабильность может быть улучшена даже в том случае, если для контактного защитного устройства используется элемент постоянного напряжения с малой емкостью.

[32] Между тем, ПМД-элемент состоит из оксидного материала ванадиевой группы, такого как VO, VO₂, V₂O₃, и т.п., и Ti₂O₃, или материала с элементами St, Ba, La, и т.п., добавленными к такому материалу, который обладает характеристикой ПМД (перехода металл-диэлектрик), при которой его сопротивление резко понижается при температуре выше заданной. Поэтому батарея может быть безопасным образом (надежно) защищена, поскольку из-за понижения сопротивления при падении температуры протекает ток, приводя к более низкому напряжению.

[33] Критическая температура ПМД-элемента предпочтительно равна и выше 50°С и ниже 150°C. В случае, когда сопротивление начинает понижаться при температуре ниже 50°С, остающаяся емкость будет понижаться, поскольку батарея разряжается при температурах от -20 до 60°С, при которых обычно используют батарею. В случае, когда сопротивление начинает понижаться при температуре выше 150°С, батарея будет воспламеняться или взрываться в результате внешнего удара или влияния окружающей среды.

[34] Далее этот вариант воплощения будет описан подробно со ссылкой на чертежи.

[35] Фиг.1 показывает конструкцию с комбинированием друг с другом контактного защитного устройства и батареи согласно одному варианту воплощения настоящего изобретения. Подключение элементов, содержащихся в контактном защитном устройстве, и их подключение к каждой из клемм вторичной батареи являются следующими: во-первых, элемент 1 постоянного напряжения и ПМД-элемент 2 контактируют друг с другом одной боковой поверхностью (поверхностью контакта) в горизонтальном направлении; элемент 1 постоянного напряжения подключен параллельно между катодным выводом 12 и анодным выводом 11 батареи; и ПМД-элемент 2 также подключен параллельно между катодным выводом 12 и анодным выводом 11 батареи.

[36] Фиг.2 показывает конструкцию с покрытием периметра контактного защитного устройства, изображенного на Фиг.1, антикоррозийным и влагонепроницаемым внешним материалом. Также в этом случае элемент постоянного напряжения и ПМД-элемент физически соединены друг с другом через антикоррозийный и влагонепроницаемый внешний материал. Схема подключения между каждой электродной клеммой и каждым контактным элементом на Фиг.2 является такой же, что и на Фиг.1.

[37] Кроме того, Фиг.3 показывает конструкцию с нанесением вокруг элемента постоянного напряжения и ПМД-элемента антикоррозийного и влагонепроницаемого внешнего материала, соответственно с приведения этих двух элементов в контакт друг с другом по одной боковой поверхности (поверхности контакта) в горизонтальном направлении. Также в этом случае элемент постоянного напряжения и ПМД-элемент физически соединены друг с другом через антикоррозийный и влагонепроницаемый внешний материал. Схема подключения между каждой электродной клеммой и каждым контактным элементом на Фиг.3 является такой же, что и на Фиг.1.

[38] В соответствии с контактным защитным устройством, изображенным на Фиг.1-3, первичный разряд проходит через металлическое межсоединение, подключенное к элементу постоянного напряжения, благодаря характеристике разряда элемента постоянного напряжения при повышении внешнего напряжения выше заданного напряжения, а вторичный разряд проходит через металлическое межсоединение, подключенное к ПМД-элементу, когда тепло, которое возникает в элементе постоянного напряжения вследствие первичного разряда, повышает температуру ПМД-элемента, который находится в физическом контакте с элементом постоянного напряжения, благодаря характеристике теплорассеяния элемента постоянного напряжения. Поэтому ПМД-элемент претерпевает разряд независимо от повышения температуры в результате других факторов, и, кроме того, ПМД-элемент реагирует на повышение напряжения в результате разрядки в сочетании с характеристикой теплорассеяния элемента постоянного напряжения.

[39] Кроме того, на каждый элемент такого контактного защитного устройства может быть нанесен антикоррозийный и влагонепроницаемый внешний материал после их приведения в контакт друг с другом, как показано на Фиг.1, и, кроме того, каждый элемент может быть приведен в совместный контакт после нанесения на них антикоррозийного и влагонепроницаемого внешнего материала, как показано на Фиг.3.

[40] Фиг.4 показывает конструкцию с комбинированием контактного защитного устройства и батареи согласно другому варианту воплощения настоящего изобретения. Обращаясь к Фиг.4, элемент 1 постоянного напряжения и ПМД-элемент 2 контактируют друг с другом по одной боковой поверхности (поверхности контакта) в горизонтальном направлении, при этом на обоих торцах в продольном направлении этих элемента постоянного напряжения и ПМД-элемента сформирован электрический контакт 5, и через этот электрический контакт 5 каждый элемент контактного защитного устройства 14 соединен параллельно с одним общим металлическим межсоединением между катодным выводом и анодным выводом вторичной батареи. Даже в этом случае элемент постоянного напряжения и ПМД-элемент, каждый, подсоединены параллельно между катодом и анодом.

[41] Кроме того, Фиг.5 показывает конструкцию с покрытием периметра контактного защитного устройства, изображенного на Фиг.4, антикоррозийным и влагонепроницаемым внешним материалом. Также в этом случае элемент постоянного напряжения и ПМД-элемент физически соединены друг с другом через антикоррозийный и влагонепроницаемый внешний материал.

[42] Контактное защитное устройство, изображенное на Фиг.4 и 5, характеризуется тем, что на обоих торцах в продольном направлении контактного защитного устройства, в котором элемент постоянного напряжения и ПМД-элемент контактируют друг с другом, сформирован электрический контакт металла и проводящего материала, и посредством этого электрического контакта катодный вывод и анодный вывод способны соединяться с одним общим металлическим межсоединением.

[43] Кроме того, в контактном защитном устройстве, изображенном на Фиг.4 и 5, электрический контакт сформирован на обоих торцах этого контактного защитного устройства. Вследствие этого, если катодные/анодные выводы и каждый элемент такого контактного защитного устройства соединены через одно общее металлическое межсоединение, разрядка происходит через это общее металлическое межсоединение, а не через соответствующее металлическое межсоединение в элементе постоянного напряжения и ПМД-элементе. В этом случае выгодно уменьшить количество спаев, требуемых для осуществления процесса соединения металлических межсоединений и каждого из элементов.

[44] Фиг.6 показывает конструкцию с комбинированием контактного защитного устройства и батареи согласно другому варианту осуществления настоящего изобретения. Обращаясь к Фиг.6, элемент 1 постоянного напряжения и ПМД-элемент 2 контактируют по одной боковой поверхности (поверхности контакта) в горизонтальном направлении через электрический контакт 5. Другой электрический контакт 5 сформирован на другой стороне (противоположной поверхности) в горизонтальном направлении каждого из этих элементов. Одно общее металлическое межсоединение 3, через которое подключен катодный вывод вторичной батареи, соединено с электрическим контактом 5 поверхности контакта между элементом постоянного напряжения и ПМД-элементом. Анодный вывод 11 вторичной батареи через соответствующее металлическое межсоединение 3 подключен к электрическим контактам 5, сформированным, соответственно, на другой боковой поверхности (противоположной поверхности) ПМД-элемента 2. Поэтому элемент 1 постоянного напряжения и ПМД-элемент 2 подключены параллельно между катодным выводом 12 и анодным выводом 11 батареи.

[45] Кроме того, Фиг.7 показывает конструкцию с покрытием периметра контактного защитного устройства, изображенного на Фиг.6, антикоррозийным и влагонепроницаемым внешним материалом. Даже в этом случае элемент постоянного напряжения и ПМД-элемент физически соединены через антикоррозийный и влагонепроницаемый внешний материал.

[46] Контактное защитное устройство, изображенное на Фиг.6 и 7, имеет электрический контакт 5, сформированный на другой боковой поверхности (противоположной поверхности) каждого из элементов в горизонтальном направлении, вместо наличия электрического контакта 5, сформированного на обоих торцах контактного защитного устройства, изображенного на Фиг.4 и 5. В этом случае катодный вывод 12 вторичной батареи и электрический контакт, который соответствует контактной поверхности каждого из элементов, соединены через общее металлическое межсоединение, а анодный вывод 11 подсоединен к электрическим контактам 5, сформированным, соответственно, на другой стороне (противоположной поверхности) элемента постоянного напряжения и ПМД-элемента, через металлическое межсоединение 3. Поэтому элемент постоянного напряжения и ПМД-элемент подключены параллельно между катодным выводом и анодным выводом.

[47] Контактное защитное устройство, изображенное на Фиг.6 и 7, подключено к катодному/анодному выводу вторичной батареи через электрический контакт, сформированный на контактной поверхности и противоположной поверхности на каждом из элементов. В этом случае, принимая во внимание, что электрический контакт контактного защитного устройства изготавливают по методу осаждения и т.п., вышеупомянутым образом легче изготавливать катодный/анодный вывод, чем формировать электрические контакты в продольном направлении, как изображено на Фиг. 4 и 5.

[48] Фиг.8 показывает конструкцию, в которой контактное защитное устройство связано с внутренним пространством элемента батареи согласно одному варианту воплощения настоящего изобретения.

[49] Фиг.9 показывает конструкцию, в которой контактное защитное устройство соединено с внешним пространством вокруг элемента батареи согласно одному варианту воплощения настоящего изобретения.

[50] Контактное защитное устройство, изображенное на Фиг.1-7, может быть подсоединено между катодным выводом 12 и анодным выводом 11 вторичной батареи и может быть подсоединено внутри и снаружи элемента-аккумулятора.

[51] Фиг.10 представляет собой график, отображающий вольтамперную характеристику диода Зенера, который является одним из устройств постоянного напряжения.

[52] Элемент постоянного напряжения относится к такому элементу, в котором напряжение падает при превышении напряжения в результате тока утечки в случае, когда приложено напряжение, большее, чем заданное. Обращаясь к Фиг.10, если приложено напряжение, большее, чем 3,5 В, элемент достигает области тока утечки, и если напряжение непрерывно повышается, элемент достигает области пробоя, в которой этот элемент полностью разрушается. Кроме того, чем меньше емкость, тем меньше ток утечки и тем меньше разность между напряжением, при котором возникает ток утечки, и напряжением, при котором ток протекает скачкообразно. Кроме того, электрическая проводимость сопровождается явлением рассеяния тепла. Явление рассеяния тепла описано подробно.

[53] Фиг.11 представляет собой график, отображающий изменение сопротивления при повышении или понижении температуры материала, обладающего характеристиками ПМД; а Фиг.12 представляет собой график, показывающий изменение сопротивления при повышении или понижении температуры термисторного устройства с отрицательным температурным коэффициентом (ОТКС).

[54] Обращаясь к Фиг.11, сопротивление ПМД-элемента резко понижается при увеличении температуры батареи до 70°C и резко повышается при уменьшении температуры батареи до 62°C, что в итоге показывает кривая гистерезиса. Температура изменения сопротивления ПМД-элемента предпочтительно составляет примерно от 50 до 150°C.

[55] Обращаясь к Фиг.12, который отличается от резкого изменения сопротивления ПМД-элемента, отображенного на Фиг.11, поскольку ОТКС-элемент обладает характеристикой изменения сопротивления, зависимой от изменения температуры в полупроводнике, изменение сопротивления демонстрирует по форме график экспоненциальной функции. В случае полупроводника, чем выше температура, тем более сильно падает сопротивление, поскольку возрастает количество электронов, которое перемещено в зону проводимости, и подвижность электронов в зоне проводимости повышается. Поэтому ОТКС-элемент, который главным образом используют в области 130°C, имеет такую кривую изменения сопротивления, которая изображена на Фиг.12. Поэтому термисторный ОТКС-элемент нежелателен для использования, поскольку в этом случае батарея разряжается из-за тока утечки, возникающего в пределах диапазона от -20 до 60°C, где батарею обычно и используют.

[56] Однако ПМД-элемент имеет вид зависимости изменения сопротивления от температуры, которая отлична от ОТКС-элемента, который обладает зависимостью изменения сопротивления от температуры, присущей полупроводнику, поскольку ПМД-элемент обладает характеристиками перехода металл-диэлектрик, согласно которым сопротивление при переходе от диэлектрика к металлу при заданной температуре резко изменяется, как показано на Фиг.11. Поэтому ПМД-элемент можно использовать со стабильностью без риска разрядки батареи, поскольку он разряжает батарею, только когда батарея избыточно заряжена. В этом отношении, в настоящем изобретении ПМД-элемент используется в качестве компонента защитного устройства на случай явления избыточного заряда.

[57] Фиг.13 представляет собой график, отображающий изменение температуры вследствие повышения напряжения в случае приложения постоянного тока в 1 A к диоду Зенера, который является одним из устройств постоянного напряжения.

[58] Обращаясь к Фиг.13, можно видеть, что в тот момент, когда начинается проводимость с помощью диода Зенера, температура резко повышается.

[59] Фиг.14 представляет собой график, отображающий изменение температуры вследствие повышения напряжения в случае приложения постоянного тока в 1 A к варистору, который является одним из устройств постоянного напряжения.

[60] Аналогично, из Фиг.14 можно видеть, что в тот момент, когда начинается проводимость с помощью варистора, температура резко повышается.

[61] В настоящем изобретении между катодным выводом и анодным выводом вторичной батареи параллельно подключено контактное защитное устройство, которое имеет элемент постоянного напряжения, обладающий характеристикой заряда/теплорассеяния при напряжении, большем, чем заданное, и ПМД-элемент, обладающий характеристикой разряда при температуре, большей, чем заданная, что приводит к разрядке с точки зрения 2 факторов – напряжения и температуры – в случае избыточного заряда.

[62] Другими словами, когда в случае избыточного заряда к элементу постоянного напряжения течет ток, этот элемент постоянного напряжения испускает тепло. При этом связанный с ним ПМД-элемент имеет сопротивление, менее откликающееся на повышение температуры элемента постоянного напряжения, что приводит к повышенному разряду за счет протекания тока.

Промышленная применимость

[63] Таким образом, в соответствии с настоящим изобретением соединение ПМД-элемента с элементом постоянного напряжения, в котором его температура повышается с проводимостью тока при повышении напряжения, приводит к решению проблемы безопасности, связанной не только с воспламенением и взрывом, вызванными повышением температуры, но и с повышением напряжения.

Формула изобретения

1. Контактное защитное устройство, имеющее физически контактирующие друг с другом элемент постоянного напряжения и элемент с переходом металл-диэлектрик (ПМД-элемент), причем элемент постоянного напряжения и ПМД-элемент соединены параллельно, элемент постоянного напряжения обладает характеристикой разряда/теплорассеяния при напряжении большем, чем заданное, а ПМД-элемент обладает характеристикой эмиссии заряда при температуре большей, чем заданная.

2. Контактное защитное устройство по п.1, в котором критическая температура упомянутого ПМД-элемента равна или выше 50°С и ниже 150°С.

3. Контактное защитное устройство по п.1, в котором упомянутый элемент постоянного напряжения представляет собой диод Зенера или варистор.

4. Контактное защитное устройство по п.1, в котором упомянутый элемент постоянного напряжения обладает низкой емкостью.

5. Контактное защитное устройство по п.1, дополнительно включающее в себя электрический контакт, сформированный на поверхности контакта между элементом постоянного напряжения и упомянутым ПМД-элементом, в горизонтальном направлении этой поверхности контакта.

6. Контактное защитное устройство по п.5, в котором электрический контакт сформирован на обоих торцах в продольном направлении поверхности контакта между элементом постоянного напряжения и ПМД-элементом.

7. Контактное защитное устройство по п.5, дополнительно включающее в себя электрический контакт, сформированный на противоположной поверхности элемента постоянного напряжения или ПМД-элемента, которая обращена от поверхности контакта между элементом постоянного напряжения и ПМД-элементом, в горизонтальном направлении этой противоположной поверхности.

8. Вторичная батарея, в которой в контактном защитном устройстве по любому из пп.1-5 элемент постоянного напряжения и ПМД-элемент подключены между катодным выводом и анодным выводом батареи через соответствующее металлическое межсоединение.

9. Вторичная батарея, в которой катодный вывод и анодный вывод соответственно подключены к обеим торцевым поверхностям контактного защитного устройства по п.6 через общее металлическое межсоединение.

10. Вторичная батарея, в которой в контактном защитном устройстве по п.7 катодная клемма батареи подключена к контакту батареи, сформированному на поверхности контакта между элементом постоянного напряжения и ПМД-элементом, через общее металлическое межсоединение, а анодная клемма батареи подключена к электрическому контакту, сформированному соответственно на противоположной поверхности, которая обращена от поверхности контакта между элементом постоянного напряжения и ПМД-элементом, через соответствующее металлическое межсоединение.

11. Вторичная батарея, в которой защитное контактное устройство по любому из пп.1-7 подключено между катодным выводом и анодным выводом этой вторичной батареи внутри вторичного элемента.

12. Вторичная батарея, в которой защитное контактное устройство по любому из пп.1-7 подключено между катодным выводом и анодным выводом этой вторичной батареи снаружи вторичного элемента.

РИСУНКИ