CN105393327A - 保护器件 - Google Patents

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Abstract

提供一种能够针对过电流以及异常高温提供适当的保护，且保持电流大，不具有机械的接点的保护器件。保护器件包括：(i)至少1个PTC元件；以及(ii)温度熔丝元件，其特征在于，各PTC元件以及温度熔丝元件相互并联地电连接，温度熔丝元件处于至少1个PTC元件的热影响下，在平常时，电流实质上流过各PTC元件以及温度熔丝元件。

Description

保护器件
技术领域
本发明涉及保护器件。
背景技术
在各种电路中，在发生了比额定电流大的电流流过等异常状态的情况下，为了保护被组装与电路中的电气/电子装置及/或电气/电子部件、或者电气/电子电路而在电路中组装保护元件或者保护器件。
作为这样的保护元件，例如已知有针对过电流/异常高温提供保护的PTC(positivetemperaturecoefficient，正温度系数)元件、温度熔丝元件、电流熔丝元件等。
此外，作为保护器件，提出有将双金属开关(bimetalswitch)和PTC元件并联连接来使用的技术(专利文献1)。在这样的保护器件中，当成为过电流条件时，双金属开关的双金属部分成为高温，其接点分离而打开，电流转流到PTC元件。其结果，PTC元件因过电流而跳变(trip)到高温/高电阻状态从而实质上将流过PTC元件的电流阻断。
在先技术文献
专利文献
专利文献1：国际公开第2008/114650号
发明内容
发明要解决的课题
上述保护元件之中，PTC元件的保持电流一般并不那么大，不一定适合于例如个人计算机等的高容量电池的用途。此外，一般地，PTC元件的跳变温度较高，例如是超过100℃的温度，在异常高温较低，例如为80℃的情况下，提供适当的保护并不一定很容易。
对于温度熔丝元件来说，对于异常高温，即使其是较低的温度，也能够高灵敏度地提供适当的保护，但对于过电流，灵敏度并不那么高，到熔断为止需要时间，所以提供适当的保护并不一定很容易。此外，对于高容量特别是超过6A的电流值，每个元件的熔断特性的偏差大，不一定能够提供适当的保护。
电流熔丝元件虽然能够针对过电流提供适当的保护，但针对异常高温提供适当的保护并不一定容易。此外，关于针对过电流的保护，对于并不是那么大地超过额定电流的过电流，例如额定电流的2倍左右的过电流，提供迅速且可靠的保护也并不一定容易。
将双金属开关和PTC元件组合起来的专利文献1这样的保护器件能够增大保持电流，此外，灵敏度等保护特性也良好，但由于具有机械的接点，所以存在产生因腐蚀等导致的接点不良、因冲击导致的瞬时中断等这样的问题。
因此，本发明想要解决的课题是提供一种保护器件，能够针对过电流以及异常高温提供适当的保护，且保持电流大，不具有机械的接点。
解决课题的手段
在第1要旨中，提供一种保护器件，包括：(i)至少1个PTC元件；以及(ii)温度熔丝元件，该保护器件的特征在于，各PTC元件以及温度熔丝元件相互并联地电连接，温度熔丝元件处于至少1个PTC元件的热影响下，在平常时，电流实质地流过各PTC元件以及温度熔丝元件。
在第2要旨中，提供一种具有上述保护器件记载而成的电气装置。
发明效果
本发明的保护器件配置为将PTC元件和温度熔丝元件并联地电连接，使温度熔丝元件处于PTC元件的热影响下，通过使电流分流到PTC元件以及温度熔丝元件，从而针对过电流以及异常高温中的任一者都能够提供适当的保护，而且具有大的保持电流。此外，本发明的保护器件由于不具有机械的接点，所以不会引起因腐蚀等导致的接点不良以及因冲击导致的瞬时中断，在耐环境性以及耐冲击性方面优异。
附图说明
图1是本发明的保护器件的1个方式的电路图。
图2是本发明的保护器件的另一个方式的电路图。
具体实施方式
以下参照附图来详细说明本发明的保护器件。但是，本发明的保护器件并不限定于图示的形态。
另外，在本说明书中，所谓“保持电流”，是指在温度熔丝元件、PTC元件或者保护器件不进行动作的情况下能够流过的最大电流。
在本说明书中，所谓“额定电流”，是指能够安全地使用温度熔丝元件、PTC元件或者保护器件的最大电流，一般由制造人员设定。
在本说明书，所谓“动作电流”，是指温度熔丝元件、PTC元件或者保护器件进行动作的最小电流。
在本说明书中，所谓“动作温度”的意思是，温度熔丝元件、PTC元件或者保护器件进行动作的最低温度。
图1中表示与本发明的保护器件的一个方式对应的电路图。如图1所示，本发明的保护器件1包括PTC元件2以及温度熔丝元件4。PTC元件2和上述温度熔丝元件4相互并联地电连接，温度熔丝元件处于PTC元件的热影响下。在平常时，流过保护器件1的电流分流至PTC元件2以及温度熔丝元件4，实质上流过PTC元件以及温度熔丝元件。这里，所谓“平常时”，是指不发生过电流或者异常发热等异常状态，保护器件及应保护的电路/设备以及它们的周围环境的状态处于设想的范围内。
本发明的保护器件1通过具有上述这样的构成，从而可以具有大的保持电流。在将PTC元件和温度熔丝元件相互并联地电连接的现有的保护器件中，由于一般温度熔丝元件的电阻值比PTC元件的电阻值充分小，所以电流流过温度熔丝元件侧的电路，实质上不流过PTC元件。因此，现有的保护器件的保持电流实质上与温度熔丝元件的保持电流相同。另一方面，本申请发明的保护器件由于电流流过PTC元件以及温度熔丝元件双方，所以能够减轻温度熔丝元件的负载电流。因此，能够在保护器件中流过比温度熔丝元件的保持电流大的电流，作为结果，保护器件的保持电流变大。
本发明的保护器件1在产生了过电流的情况下，能够阻断流过那里的电流。特别地，对于本发明的保护器件1来说，由于上述温度熔丝元件4处于上述PTC元件2的热影响下，所以能够对过电流响应良好地阻断电流。这里，所谓“热影响下”，是指处于以下环境，即，在PTC元件跳变了的情况下，由PTC元件产生的焦耳热传递至温度熔丝元件，将温度熔丝元件熔断或者辅助温度熔丝元件的熔断。一般地，温度熔丝元件在流过了超过保持电流的过电流的情况下，虽然大体能够熔断，但是其响应性差，例如从流过过电流开始到熔断为止需要几十秒～几分钟。通过如上述那样配置为使温度熔丝元件处于PTC元件的热影响下，从而在PTC元件因过电流而跳变了后，那里产生的焦耳热将温度熔丝元件熔断，或者辅助熔断，所以针对过电流的响应性提高。在该方式中，优选PTC元件先于温度熔丝进行动作。也就是说，在过电流流过了保护器件1的情况下，首先PTC元件2因过电流而跳变(动作)，流过了PTC元件2的电流转流至温度熔丝元件4，在温度熔丝元件4中流过超过保持电流的电流，温度熔丝元件4发热。进一步地，在跳变后的PTC元件2中产生的焦耳热传递至温度熔丝元件4，从而温度熔丝元件4熔断，流过保护器件1的电流被迅速阻断。
在该方式中，优选PTC元件的跳变后的温度比温度熔丝元件的动作温度高。通过使PTC元件的跳变后的温度比温度熔丝元件的动作温度高，从而能够更高效率地将温度熔丝元件熔断，或者辅助熔断。
本发明的保护器件1在产生了异常发热的情况下，能够阻断流过那里的电流。这里，所谓“异常发热”，是指在电路/设备或者它们周边产生未设想到的发热，保护器件的周围温度达到异常高温。所谓“周围温度”，是指包围某元件例如该情况下是包围保护器件的周围环境的温度或者与保护器件相接的其他构件的温度。所谓“异常高温”，并不是特定的温度，而是根据用途、应保护的电路/设备等而被适当决定的温度，例如是指高于设备的通常动作时所被容许的温度范围的温度、超过所使用的部件的额定温度的温度等。在保护器件1的周围产生了异常发热的情况下，PTC元件2或者温度熔丝元件4的温度超过动作温度，成为动作温度以上的元件(PTC元件2或者温度熔丝元件4)进行动作而将电流阻断，流过那里的电流转流至另一个元件，从而另一个元件也进行动作，流过保护器件1的电流被阻断。特别地，本发明的保护器件1能够通过调整温度熔丝元件的动作温度，来变更保护器件的动作温度。例如，若将温度熔丝元件的动作温度设为例如80～100℃，则作为异常高温，也能够针对较低的温度、例如80～100℃的温度提供可靠的保护。
在该方式中，优选温度熔丝元件先进行动作。通过温度熔丝元件先进行动作，从而当温度熔丝元件熔断时，流过那里的电流能够转流至PTC元件，所以能够抑制伴随温度熔丝元件的熔断的电弧的产生。
本发明的保护器件1如上所述，针对过电流以及异常发热(在本说明书中总称为“异常状态”)中的任一者都能够提供适当的保护。
本发明的保护器件中使用的PTC元件并不被特别限定，能够采用以往使用的PTC元件例如聚合物PTC元件或者陶瓷PTC元件。优选PTC元件是聚合物PTC元件。
上述聚合物PTC元件具有层状的PTC要素以及配置于其两侧的电极(例如金属箔)而成，其中，该层状的PTC要素是通过挤压包含分散有导电性填充剂(例如炭黑、镍合金等)的聚合物(例如，聚乙烯、聚偏二氟乙烯(polyvinylidenefluoride)等)而成的导电性组合物来得到的。其中，可以将引线等其他要素直接与PTC要素连接，该情况下能够省略电极。
本发明的保护器件能够使用1个或者1个以上，例如2个、3个或者3个以上的PTC元件。2个以上的PTC元件可以相同，也可以不同。在使用多个PTC元件的情况下，将它们相互并联地电连接，并且与温度熔丝元件并联地电连接。通过这样并联地使用多个PTC元件，能够减小PTC元件整体的合成电阻值，温度熔丝元件中流过的电流值就容易分流至PTC元件。
上述PTC元件的电阻值(使用多个的情况下是其合成电阻值)并不被特别限定，在25℃下，是100mΩ以下，优选为50mΩ以下，更优选为10mΩ以下，进一步优选为5mΩ以下，例如是0.1～10mΩ，优选是0.1～5mΩ。通过更加减小电阻值，能够更加增大流过PTC元件的电流，即，能够更加增大保护元件的额定电流。
本发明的保护器件中使用的温度熔丝元件只要是一般用作为温度熔丝元件的元件就不被特别限定。
上述温度熔丝元件的电阻值并不被特别限定，是100mΩ以下，优选为50mΩ以下，更优选为10mΩ以下，进一步优选为5mΩ以下，例如为0.1～10mΩ，优选是0.1～5mΩ。
本发明的保护器件能够通过进行PTC元件以及温度熔丝元件的电阻值的配合调整，来调整各个元件中流过的电流值。
上述温度熔丝元件的动作温度并不被特别限定，但例如是80～200℃，优选是80～150℃的范围，例如能够是80～130℃或者80～100℃的范围。通过将该温度熔丝元件的动作温度设定成较低的温度，从而本发明的保护器件能够响应较低的温度，例如能够响应80～100℃的异常高温，来阻断电流。
在一个方式中，本发明的保护器件可以如图2所示，包含与PTC元件2并联地电连接并且与温度熔丝元件4串联地电连接的电阻体6。另外，虽然在图2中，电阻体是1个，但并不限定于此，在本发明的保护器件能够适当地进行动作的范围内，可以串联地使用多个。优选地，所述电阻体被配置成不会对PTC元件以及温度熔丝元件带来热的影响。通过使用这样的电阻体，从而容易使流过温度熔丝元件4的电流分流至PTC元件2。
上述电阻体的电阻值并不被特别限定，但其被选择成使得与上述温度熔丝元件的合成电阻值成为100mΩ以下，优选成为50mΩ以下，更优选成为10mΩ以下，进一步优选成为5mΩ以下，例如成为0.1～10mΩ，优选成为0.1～5mΩ。
在本发明的保护器件中，PTC元件的电阻值(在存在多个PTC元件的情况下是它们的合成电阻值)以及温度熔丝元件的电阻值(在存在电阻体的情况下是温度熔丝元件和电阻体的合成电阻值)在所使用的温度下，被适当地选择，以使得电流流过PTC元件以及温度熔丝元件双方。
优选地，PTC元件的电阻值或者在存在多个PTC元件的情况下是它们的合成电阻值、与温度熔丝元件的电阻值或者在存在电阻体的情况下是温度熔丝元件和电阻体的合成电阻值的比为1∶10～10∶1，例如为1∶5～5∶1。这样的比能够根据所使用的PTC元件以及温度熔丝元件的保持电流来适当地决定。
在本发明的保护器件中，电流实质上流过PTC元件以及温度熔丝元件，优选流过PTC元件的电流值(在存在多个PTC元件的情况下是其合计值)与流过温度熔丝元件的电流值的比为10∶1～1∶10，例如为5∶1～1∶5。这样的比能够根据所使用的PTC元件以及温度熔丝元件的保持电流来适当地决定。
本发明的保护器件通过调整上述的电阻值或者电流值的比，从而能够以保护器件的额定电流的1.2～5倍来迅速且可靠地阻断过电流。在优选的方式中，本发明的保护器件即使在1.2～3.0倍的过电流、优选是1.5～2.0倍的过电流流过的情况下，也能够迅速且可靠地阻断过电流。
产业上的可利用性
本发明的保护器件能够适宜利用为保持电流大、且平板型或者笔记本型的个人计算机等要求高放电电流的设备的电池用的保护器件。
符号说明
1...保护器件
2...PTC元件
4...温度熔丝元件
6...电阻体

Claims (9)

1.一种保护器件，包括：
(i)至少1个PTC元件；以及
(ii)温度熔丝元件，
该保护器件的特征在于，
各PTC元件以及温度熔丝元件相互并联地电连接，
温度熔丝元件处于至少1个PTC元件的热影响下，
在平常时，电流实质上流过各PTC元件以及温度熔丝元件。
2.根据权利要求1所述的保护器件，其特征在于，
包括2个以上的PTC元件。
3.根据权利要求1或2所述的保护器件，其特征在于，
进一步包括与PTC元件并联地电连接并且与温度熔丝元件串联地电连接的1个或者1个以上的电阻体。
4.根据权利要求1～3的任意一项所述的保护器件，其特征在于，
PTC元件的电阻值或者在存在多个PTC元件的情况下是它们的合成电阻值、与温度熔丝元件的电阻值或者在存在电阻体的情况下是温度熔丝元件和电阻体的合成电阻值的比是1∶10～10∶1。
5.根据权利要求1～3的任意一项所述的保护器件，其特征在于，
流过各PTC元件的电流值的合计值与流过温度熔丝元件的电流值的比是10∶1～1∶10。
6.根据权利要求1～5的任意一项所述的保护器件，其特征在于，
在过电流流过保护器件的情况下，PTC元件进行动作，接着，温度熔丝元件进行动作。
7.根据权利要求1～5的任意一项所述的保护器件，其特征在于，
过电流是保护器件的额定电流的1.2～5倍。
8.根据权利要求1～7的任意一项所述的保护器件，其特征在于，
在保护器件的周围温度变成规定的温度以上的情况下，温度熔丝元件进行动作，接着，PTC元件进行动作。
9.一种电气装置，其特征在于，
具有权利要求1～8的任意一项所述的保护器件。
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