CN105593962A - 短路元件 - Google Patents

Abstract

提供一种能够通过可熔导体的熔融可靠地使断开电极之间短路的短路元件。短路元件具有：被接近地配置且彼此绝缘的第一电极、第二电极(11、12)；通过熔融使第一电极、第二电极(11、12)之间短路的可熔导体(13)；绝缘基板(14)；形成于绝缘基板(14)，通过被通电而发热，并使可熔导体(13)熔融的发热体(15)；横跨第一电极、第二电极(11、12)之间并与第一电极、第二电极(11、12)相向配置，将可熔导体(13)的熔融导体聚集在第一电极、第二电极(12)之间的桥电极(16)。

Description

短路元件

技术领域

本发明涉及一种通过电信号使断开状态的电源线或信号线在物理上且电气上进行短路的短路元件。本申请主张日本专利申请2013-200555号(2013年9月26日申请)的优先权，并为了在此参照该申请的公开的全部内容而进行引用。

背景技术

可充电而重复利用的二次电池大多被加工成电池组(batterypack)而提供给用户。特别地，在重量能量密度高的锂离子二次电池中，为了确保用户和电子设备的安全，通常将过充电保护、过放电保护等多个保护电路内置于电池组，从而具有在预定的情况下切断电池组的输出的功能。

在这种保护元件中，使用内置于电池组的FET开关来进行输出的接通/断开(ON/OFF)，由此进行电池组的过充电保护或过放电保护动作。然而，无论是由于何种原因FET开关短路损坏时、由于被雷击等而导致瞬间流过大电流时、或者由于电池单元的寿命而输出电压异常下降或相反地输出过大异常电压或串联连接的电池单元各自的电压偏差变大时，电池组或电子设备都应该受到保护以防止起火等事故。因此，为了在这样的可设想的任何异常状态下，安全地将电池单元的输出切断，而使用由熔断元件构成的保护元件，该熔断元件具有根据来自外部的信号切断电流通路的功能。

作为面向锂离子二次电池等的保护电路的保护元件，专利文献1记载有横跨电流通路上的第一电极、发热体引出电极、第二电极之间连接可熔导体而作为电流通路的一部分，并使该电流通路上的可熔导体由过电流所引起的自发热或通过设置在保护元件内部的发热体而熔断的保护元件。这样的保护元件中，通过将熔融的液态的可熔导体聚集在连接于发热体的导体层上来使第一电极、第二电极之间分离，从而切断电流通路。

现有技术文献

专利文献

专利文献1：日本特开2010-003665号公报

专利文献2：日本特开2004-185960号公报

专利文献3：日本特开2012-003878号公报

发明内容

技术问题

然而，近年来，使用电池和马达的HEV(HybridElectricVehicle：混合动力车)、EV(ElectricVehicle：电动汽车)得到迅速普及。作为HEV、EV的动力源，基于能量密度和输出特性而逐渐使用锂离子二次电池。在汽车用途中，需要高压、大电流。因此，开发出能够承受高压、大电流的专用单元，但是基于制造成本上的问题，多数情况下通过将多个电池单元进行串联、并联地连接来使用通用单元确保必要的电压电流。

这里，在高速移动中的汽车等中，驱动力急剧下降和/或突然停止有时反而危险，人们要求有设想了紧急情况的电池管理。例如，在行驶中发生了电池系统的异常时，也能够提供用于移动到修理厂或安全场所的驱动力，或者危险信号灯和/或空调用的驱动力，这在避免危险的方面是优选的。

可是，在专利文献1所述的串联连接有多个电池单元的电池组中，在仅在充放电通路上设置保护元件的情况下，如果在电池单元的一部分发生异常并使保护元件动作，则整个电池组的充放电通路被切断，这样就无法提供电力。

因此，为了只排除由多个单元构成的电池组内的异常的电池单元并有效地活用正常的电池单元，而提出了能够形成只将异常的电池单元进行旁路的旁路通路的短路元件。

该短路元件50如图20所示，具有：在充放电通路上与电池单元51并联连接，并在正常时被断开的两个断开电极52、53；通过熔融使两个断开电极52、53之间短路的可熔导体54；与可熔导体54串联连接并使该可熔导体54熔融的发热体55。

发热体55通过经由充放电通路流通电流而自发热，并通过该热量(焦耳热)使可熔导体54熔融。发热体55与FET等电流控制元件56连接。电流控制元件56以在电池单元51正常时限制对发热体55的供电，并在电池单元51异常时使电流经由充放电通路而流向发热体55的方式进行控制。

使用有短路元件50的电池电路，如果在电池单元51上检测到异常电压等，则通过保护元件57从充放电通路上将该电池单元51切断，并且使电流控制元件56动作，从而使电流流向发热体55。由此，由于发热体55的热量可熔导体54发生熔融，熔融导体凝聚并结合在两个断开电极52、53上。因此，断开电极52、53被熔融导体短路，由此，能够形成将电池单元51进行旁路的电流通路。

此外，短路元件50由于可熔导体54发生熔融，对发热体55通电的通路被切断，因此发热体55的发热停止。

这里，在这种短路元件50中，要求通过可熔导体54的熔融可靠地使断开电极52、53之间短路。即，短路元件50通过可熔导体54的熔融导体横跨断开电极52、53之间而凝聚，使断开电极52、53短路，此外如果可熔导体54发生熔融，则对发热体55通电的通路被切断，变得无法再对可熔导体54加热。

因此，短路元件50在可熔导体54的熔融导体未横跨断开电极52、53之间而凝聚的情况下无法使断开电极52、53短路，在此状态下由于可熔导体54发生熔融而使对发热体55的通电也被停止，因此无法形成旁路电流通路。由此，在电源电路中，期望一种能够通过可熔导体的熔融可靠地使断开电极之间短路并形成旁路电流通路的短路元件。

此外，除了电源电路以外，例如在不是利用软件进行，而是使用短路元件在物理上不可逆地进行各种设备的激活等的用途中，也提出了通过可熔导体的熔融使断开电极之间短路，并使功能电路导通，由此可靠地进行该设备的激活的方案。

因此，本发明的目的在于提供一种能够通过可熔导体的熔融可靠地使断开电极之间短路的短路元件。

技术方案

为了解决上述课题，本发明的短路元件具有：第一电极和第二电极，两者被接近地配置且彼此绝缘；可熔导体，其通过熔融使上述第一电极和上述第二电极之间短路；发热体，其通过被通电而发热，并使上述可熔导体熔融；桥电极，其横跨上述第一电极和上述第二电极之间并与上述第一电极和上述第二电极相向配置，将上述可熔导体的熔融导体聚集在上述第一电极和上述第二电极之间。

技术效果

根据本发明，聚集可熔导体的熔融导体的桥电极横跨第一电极、第二电极之间并与第一电极、第二电极相向设置，因此熔融导体横跨第一电极、第二电极之间而凝聚，能够可靠地使第一电极、第二电极之间短路。

附图说明

图1是示出应用了本发明的短路元件的图，(A)为剖视图，(B)为电路图。

图2是示出应用了本发明的短路元件的图1(A)的中央部剖视图。

图3是省略盖体而示出应用了本发明的短路元件的俯视图。

图4是示出可熔导体被熔融的短路元件的图，(A)为剖视图，(B)为电路图。

图5是示出搭载发热体单元的状态的剖视图。

图6是示出使用有应用了本发明的短路元件的短路电路的电路图。

图7是示出使用有应用了本发明的短路元件的电池电路的电路图。

图8是示出发热体形成在绝缘基板的背面的发热体单元的剖视图。

图9是示出发热体形成在绝缘层的内部的发热体单元的剖视图。

图10是示出发热体形成在绝缘基板的内部的发热体单元的剖视图。

图11是示出发热体、桥电极和发热体电极形成在绝缘基板的表面的发热体单元的俯视图。

图12是示出具有高熔点金属层和低熔点金属层并具备被覆结构的可熔导体的立体图，(A)示出将高熔点金属层作为内层并利用低熔点金属层进行被覆的结构，(B)示出将低熔点金属层作为内层并利用高熔点金属层进行被覆的结构。

图13是示出具备高熔点金属层和低熔点金属层的层叠结构的可熔导体的立体图，(A)示出上下双层结构，(B)示出内层和外层的三层结构。

图14是示出具备高熔点金属层和低熔点金属层的多层结构的可熔导体的剖视图。

图15是示出在高熔点金属层的表面形成线状的开口部而露出有低熔点金属层的可熔导体的俯视图，(A)示出沿长度方向形成开口部的情况，(B)示出沿宽度方向形成开口部的情况。

图16是示出在高熔点金属层的表面形成圆形的开口部而露出有低熔点金属层的可熔导体的俯视图。

图17是示出在高熔点金属层形成圆形的开口部，并在内部填充有低熔点金属的可熔导体的俯视图。

图18是示出被高熔点金属包围的低熔点金属露出的可熔导体的立体图。

图19是示出使用有图18所示的可熔导体的短路元件的剖视图。

图20是示出使用有参考例的短路元件的电池电路的电路图。

符号说明

1：短路元件，2：开关，3：通电通路，11：第一电极，12：第二电极，13：可熔导体，14：绝缘基板，15：发热体，16：桥电极，17：绝缘层，18：发热体电极，19：发热体引出电极，20：第三电极，21：连接用焊料，22：绝缘垫片，23：助焊剂，25：保护壳，27：发热体单元，30：电池电路，31：电池单元，32：电流控制元件，32：保护元件，34：电池构件，35：检测元件

具体实施方式

以下，参照附图对应用了本发明的短路元件进行详细说明。应予说明，本发明并不仅限于以下的实施方式，在不脱离本发明的主旨的范围内可以进行各种变更。此外，附图为示意性的图，各尺寸的比例等有时会与实际情况不同。具体的尺寸等应参酌以下说明进行判断。此外，在附图之间含有相互的尺寸关系和/或比例不同的部分也是当然的。

应用了本发明的短路元件1如图1～图3所示，具有：第一电极11、第二电极12，两者被接近地配置且彼此绝缘；通过熔融使第一电极11、第二电极12之间短路的可熔导体13；绝缘基板14；形成在绝缘基板14上并通过被通电而发热，从而使可熔导体13熔融的发热体15；横跨第一电极11、第二电极12之间并与第一电极11、第二电极12相向配置，将可熔导体13的熔融导体聚集在第一电极11、第二电极12之间的桥电极16。

[第一电极、第二电极]

第一电极11、第二电极12被接近地配置且彼此绝缘，并构成通过短路元件1动作而经由后述的可熔导体13的熔融导体短路的开关2。第一电极11、第二电极12横跨保护壳25的内外而配设，一端在保护壳25的内部相互接近，另一端向保护壳25的外部引出。短路元件1经由第一电极11、第二电极12的另一端与电源电路和\或数字信号电路等外部电路连接。

[绝缘基板]

绝缘基板14例如使用氧化铝、玻璃陶瓷、莫来石、氧化锆等具有绝缘性的部件形成为大致方形。另外，绝缘基板14还可以使用环氧玻璃基板、酚醛基板等用于印制布线基板的材料，但是需要留意可熔导体13的熔断时的温度。

[发热体]

发热体15为电阻值比较高且在通电时发热的具有导电性的部件，例如由W、Mo、Ru等构成。通过将它们的合金或组成物、化合物的粉状体与树脂粘合剂等混合形成浆状物，并利用丝网印刷技术使该浆状物在绝缘基板14上形成图案，进行烧制等而形成。

发热体15在绝缘基板14的表面14a上被绝缘层17所被覆。绝缘层17是为了实现发热体15的保护和绝缘，并且有效地将发热体15的热量传递到桥电极16而设置，例如由玻璃层构成。桥电极16通过被发热体15加热，而能够易于凝聚可熔导体13的熔融导体。

此外，发热体15的一端与发热体电极18连接，发热体15的另一端与发热体引出电极19连接。发热体电极18具有：形成于绝缘基板14并与发热体15的一端连接的上层部18a；和形成在绝缘层17上并与可熔导体13连接的下层部18b。与发热体15的另一端连接的发热体引出电极19形成于绝缘基板14，并与第三电极20连接。第三电极20横跨保护壳25的内外而配设，第三电极20的一端在保护壳25的内部与发热体引出电极19连接，第三电极20的另一端向保护壳25的外部引出并与外部电路连接。

这样的短路元件1中，形成对发热体15通电的通电通路3，该通电通路3从第一电极11经过可熔导体13、发热体电极18、发热体15、发热体引出电极19而到达第三电极20。通电通路3由与第三电极20连接的电流控制元件32来控制通电，在电池的异常电压时和/或设备的激活等，根据需要进行通电，使发热体15发热。此外，通电通路3中，如果由于发热体15发热而可熔导体13发生熔融，则经由可熔导体13连接的第一电极11和发热体电极18之间被切断，供电被停止，发热体15的发热停止。

[桥电极]

桥电极16横跨第一电极11、第二电极12之间并与第一电极11、第二电极12相向配置。并且，可熔导体13的熔融导体由桥电极16聚集到第一电极11、第二电极12之间，由此，如图4所示，第一电极11、第二电极12经由可熔导体13的熔融导体而短路。

桥电极16形成在绝缘层17上。此外，桥电极16形成在隔着绝缘层17与发热体15重叠的位置。由此，桥电极16被发热体15的热量加热，能够将更多的熔融导体聚集到第一电极11、第二电极12上。因此，桥电极16能够可靠地使第一电极11、第二电极12短路。

此外，桥电极16在绝缘层17上，与发热体电极18的下层部18b分离地形成。可熔导体13的熔融导体由于桥电极16和发热体电极18隔着玻璃等绝缘层17而分离，所以被引到桥电极16和发热体电极18的一侧。由此，短路元件1中，被引到桥电极16的熔融导体和被引到发热体电极18的熔融导体分离，能够使第一电极11和发热体电极18之间切断。

[电极表面镀覆处理]

这里，桥电极16和/或发热体电极18可以利用Cu、Ag等通常的电极材料形成。此外，优选地，在桥电极16和/或发热体电极18的表面上通过公知的镀覆处理形成有镀Ni/Au、镀Ni/Pd、镀Ni/Pd/Au等被膜。由此，短路元件1能够防止桥电极16和/或发热体电极18的氧化，可靠地保持熔融导体。此外，能够防止在对短路元件1进行回流焊贴装的情况下，由于连接可熔导体13的连接用焊料21或形成可熔导体13的外层的低熔点金属发生熔融而使桥电极16和/或发热体电极18熔蚀(焊料熔蚀)。应予说明，短路元件1除了在桥电极16和/或发热体电极18上，当然还可以在第一电极11、第二电极12的表面上形成镀Ni/Au、镀Ni/Pd、镀Ni/Pd/Au等被膜。

[可熔导体]

可熔导体13可以使用能够根据发热体15发出的热量迅速熔融的任意金属，例如，可以优选使用以Sn为主要成分的无Pb焊料等低熔点金属。

此外，可熔导体13也可以含有低熔点金属和高熔点金属。作为低熔点金属优选使用以Sn为主要成分的无Pb焊料等焊料，作为高熔点金属优选使用以Ag、Cu或以它们为主要成分的合金等。通过含有高熔点金属和低熔点金属，在对短路元件1进行回流焊贴装的情况下，即使回流焊温度超过低熔点金属的熔融温度而使低熔点金属发生熔融，也能够抑制低熔点金属向外部流出，从而维持可熔导体13的形状。此外，在熔断时也能够通过低熔点金属发生熔融使高熔点金属熔蚀(焊料熔蚀)，由此在高熔点金属的熔点以下的温度下快速熔断。应予说明，可熔导体13如后面所说明的，可以通过各种构成来形成。

可熔导体13在发热体15发热时由于发热体15的热量而熔融，并且熔融导体凝聚在桥电极16上，由此，使第一电极11、第二电极12之间短路，例如如图1所示，通过隔着连接用焊料21连接在桥电极16上，而横跨配置在第一电极11、第二电极12上。

此外，可熔导体13在发热体15的发热前连接在第一电极11和发热体电极18之间，构成对发热体15通电的通电通路3的一部分。并且，可熔导体13隔着连接用焊料21导通连接在第一电极11上，并且隔着设置在第二电极12的至少一部分上的绝缘垫片22而被支撑。绝缘垫片22例如通过树脂层而被形成为与设置在第一电极11上的连接用焊料21大致相同的厚度。由此，可熔导体13在熔融前通过连接用焊料21和绝缘垫片22而被支撑在第一电极11和第二电极12上，并且与第一电极11电连接，与第二电极12绝缘。

[其他构成]

短路元件1为了防止可熔导体13的氧化和提高熔融时的润湿性，而在可熔导体13与绝缘层17和第一电极11、第二电极12之间提供助焊剂(flux)23。

此外，短路元件1通过容纳于保护壳25内而受到保护。保护壳25具有壳体25a和盖体25b。保护壳25例如可以利用热塑性塑料等工程塑料来形成。此外，壳体25a通过射出模具(injectionmold)成型而与预先形成的第一电极11、第二电极12、第三电极20一体地成型，由此，如图1(A)、图2、图3所示，第一电极11、第二电极12在壳体25a的内部以一端接近并彼此绝缘的状态配置，此外，第一电极11、第二电极12、第三电极20的各自的另一端向外部引出。

短路元件1可以利用Cu合金系原材料、铁合金系原材料、其他的机械强度、电导率、热导率、耐腐蚀性等优良的金属原材料的薄板来形成第一电极11、第二电极12。由此，短路元件1能够将第一电极11、第二电极12作为低电阻、高额定值的引线框架而使用，也能够承受大电流用途。

在配置在壳体25a内的第一电极11上设置有与绝缘垫片22和可熔导体13连接的连接用焊料21，在第二电极12上设置有实现与可熔导体13的绝缘并在第一电极11、第二电极12上进行支撑的绝缘垫片22。此外，在第三电极20上设置有与发热体引出电极19连接的连接用焊料21。

[发热体单元]

在该壳体25a内搭载有绝缘基板14、发热体15和可熔导体13被形成为一体的发热体单元27。图5所示的发热体单元27中，在绝缘基板14形成有发热体15和绝缘层17，在该绝缘层17上形成有桥电极16、发热体电极18和发热体引出电极19，进一步地在桥电极16和发热体电极18上隔着连接用焊料21而连接有可熔导体13。

发热体单元27中，可熔导体13搭载于第一电极11、第二电极12上。然后，向壳体25a内提供助焊剂23，并由盖体25b进行封闭，由此形成短路元件1。

这样的短路元件1具有图6所示的电路构成。即，短路元件1在动作前的状态下，第一电极11与第二电极12接近并通过分离而被绝缘，并构成通过可熔导体13发生熔融而短路的开关2。第一电极11、第二电极12串联连接于安装短路元件1的电路基板的电流通路上，由此被组装到电源电路等各种外部电路28A、28B之间。

此外，短路元件1形成有从第一电极11经由可熔导体13和发热体电极18而与发热体15相连，并进一步地经由发热体引出电极19到达第三电极20的通电通路3。

短路元件1在通常情况下，由经由第三电极20连接的电流控制元件32来控制对通电通路3的通电。电流控制元件32为控制通电通路3的通电的开关元件，例如由FET构成，并与检测组装短路元件1的外部电路是否需要从物理上短路的检测元件35连接。检测元件35为检测是否需要对组装有短路元件1的各种外部电路28A、28B之间进行通电的电路，例如在电池组的异常电压时的旁路电流通路的构建、对于网络通信设备中的黑客和/或破解而绕过数据服务器的旁路信号通路的构建、或设备和/或软件的激活等需要通过第一电极11、第二电极12的短路而从物理上使外部电路28A、28B之间的电流通路不可逆地短路的情况下，使电流控制元件32动作。

由此，短路元件1通过电流控制元件32对通电通路3进行通电，从而使发热体15发热。如果经由通电通路对发热体15通电，则如图4(A)所示，短路元件1中，经由第一绝缘层14连接的可熔导体13发生熔融，其熔融导体被凝聚在桥电极16上。由此，被绝缘的第一电极11、第二电极12短路，外部电路28A、28B被连接。将短路元件1的动作时的电路构成示于图4(B)。

此时，短路元件1由于聚集可熔导体13的熔融导体的桥电极16横跨第一电极11、第二电极12之间并与第一电极11、第二电极12相向设置，所以熔融导体横跨第一电极11、第二电极12之间并凝聚，能够可靠地使第一电极11、第二电极12之间短路。

此外，短路元件1通过可熔导体13的熔融导体分离地凝聚在桥电极16和发热体电极18，使经由可熔导体13连接的第一电极11与发热体电极18之间断开，对发热体15通电的通电通路3被切断。由此，对发热体15的供电停止，发热体15的发热被停止。

并且，短路元件1在通过由桥电极16凝聚的熔融导体使第一电极11、第二电极12之间短路的状态下，通电通路3被切断，因此能够防止第一电极11、第二电极12不短路而通电通路3被切断的情况。

这里，短路元件1优选将桥电极16的面积形成得比发热体电极18的面积大。可熔导体13的熔融导体由于表面张力而具有凝聚于更大体积的部位的倾向，因此，短路元件1通过将桥电极16形成得比发热体电极18大，能够凝聚更多的熔融导体，从而能够可靠地使第一电极11、第二电极12之间短路，然后切断通电通路3。

此外，短路元件1优选将桥电极16设置在比发热体电极18更接近发热体15的发热中心的位置。

这里，发热体15的发热中心是指由发热体15发热而出现的热分布中在发热初始阶段温度最高的区域。自发热体15发出的热量中来自绝缘基板14的放热量最多，在利用耐热冲击性优良但热导率也高的陶瓷材料来形成绝缘基板14等情况下，热量在绝缘基板14进行扩散。因此，发热体15在通电开始的发热初始阶段，距离与绝缘基板14接触的外缘最远的中心最热，并随着朝向与绝缘基板14接触的外缘进行放热，温度变得难以上升。

因此，如图1(A)所示，短路元件1中，将桥电极16形成在比发热体电极18更接近在发热体15的发热初期温度最高的发热中心C的位置，由此使热量传递比发热体电极18快，从而更快速地凝聚熔融导体。发热体电极18比桥电极16晚被加热，因此在第一电极11、第二电极12被短路后凝聚熔融导体，从而与凝聚在桥电极16的熔融导体分离，通电通路3被切断。

因此，短路元件1通过将桥电极16设置在比发热体电极18更接近发热体15的发热中心的位置，能够在通电通路3的切断之前使第一电极11、第二电极12之间短路，并能够可靠地对发然体15持续供电直到第一电极11、第二电极12之间短路为止。

此外，将可熔导体13的宽度设置得比第一电极11、第二电极12、桥电极16宽，并将与桥电极16重叠的第一电极11的面积设置得比第二电极12的面积小，由此，使凝聚在第一电极11上的熔融导体在早期阶段溢出，从而能够使凝聚的熔融导体快速地向第二电极12侧短路。

应予说明，在图5所示的发热体单元27中，可熔导体13设置在与发热体15重叠的位置，还经由绝缘层17、桥电极16和连接用焊料21而层叠在发热体15上，因此，发热体15的热量有效地被传递，能够在短时间内加热并熔融。

[电路构成例]

图7中作为应用了短路元件1的短路电路的一例而示出电池电路30。在电池电路30中，短路元件1能够用于将多个电池单元31中显示出过充电等异常电压的电池单元进行旁路的旁路电流通路的构建。

在图7中，电池电路30具备电池构件34，电池构件34具有：短路元件1；控制短路元件1的动作的电流控制元件32；电池单元31；将电池单元31从充放电通路上切断的保护元件33；和控制保护元件33的动作的电流控制元件32，并且多个电池构件34串联连接。

此外，电池电路30具有检测各电池构件34的电池单元31的电压，并向保护元件33和电流控制元件32输出异常信号的检测元件35。

各电池构件34中，保护元件33与电池单元31串联连接。此外，电池构件34中，短路元件1的第一电极11与保护元件33的断开端连接，短路元件1的第二电极12与电池单元31的断开端连接，由此，保护元件33和电池单元31与短路元件1并联连接。

此外，电池构件34中，电流控制元件32和保护元件33分别与检测元件35连接。检测元件35与各电池单元31连接，检测各电池单元31的电压值，并在电池单元31成为过充电电压或过放电电压时，驱动具有该电池单元31的电池构件34的保护元件33，此外向连接于短路元件1的电流控制元件32输出动作信号。

电流控制元件32例如可以由场效应晶体管(以下称为FET)构成。电流控制元件32与第三电极20连接，能够控制对短路元件1的通电通路3的通电。此外，电流控制元件32与保护元件33的驱动端子连接。

保护元件33可以由如下所述的元件构成，该元件具有：连接在充放电通路上的一对电极；横跨在该电极之间而搭载并使该电极之间短路的可熔导体；和与可熔导体串联连接并在电压异常时被通电而发热从而使可熔导体熔融的发热体。

该电池电路30根据从检测元件35输出的检测信号，在电池单元31的电压值成为超过预定的过放电或过充电状态的电压时，以使保护元件33和短路元件1动作，从而将该电池构件34从充放电电流通路切断，并且使短路元件1的开关2短路，从而形成将该电池构件34进行旁路的旁路电流通路的方式进行控制。

这样的电池电路30在正常时，短路元件1的开关2被断开，因此电流流向保护元件33和电池单元31侧。如果在电池单元31上检测到电压异常等，则电池电路30从检测元件35向保护元件33输出异常信号，并通过保护元件33将异常的电池单元31从充放电电流通路上切断。

接下来，电池电路30通过检测元件35还向电流控制元件32输出异常信号，以使电流流向短路元件1的发热体15的方式进行控制。短路元件1通过发热体15对可熔导体13加热并使可熔导体13熔融，由此使熔融导体凝聚在横跨第一电极11、第二电极12之间而形成的桥电极16上，从而使第一电极11、第二电极12之间短路。由此，电池电路30能够通过短路元件1形成将电池单元31进行旁路的旁路电流通路。接下来，短路元件1中，由于可熔导体13的熔断，第一电极11和发热体电极18之间被切断，从而停止对发热体15的供电。

由此，就电池电路30而言，在一个电池单元31上产生异常的情况下，也能够经由短路元件1形成绕过该电池单元31的旁路电流通路，从而能够通过剩余的正常的电池单元31维持充放电功能。此时，短路元件1通过横跨第一电极11、第二电极12之间并与第一电极11、第二电极12相向而形成的桥电极16来凝聚可熔导体13的熔融导体，因此，能够可靠地使第一电极11、第二电极12之间短路，形成旁路电流通路。

应予说明，短路元件1或电池电路30可以设置具有与被切断的电池单元31的内部电阻大致相同的电阻值的保护电阻。通过在旁路电流通路上设置保护电阻，电池电路30在构建了旁路电流通路后也能够具有与正常时相同的电阻值。

[发热体单元的变形例]

应予说明，在上述的发热体单元27中，将发热体15形成在绝缘基板14的表面14a上，但是如图8所示，发热体单元27也可以将发热体15形成在绝缘基板14的背面14b。在此情况下，发热体15在绝缘基板14的背面14b被绝缘层17所被覆。此外，与发热体15的一端连接的发热体电极18和发热体引出电极19也同样地形成在绝缘基板14的背面14b。发热体电极18中，与发热体15连接的上层部18a形成在绝缘基板14的背面14b，与可熔导体13连接的下层部18b形成在绝缘基板14的表面14a，下层部18b与上层部18a经由导电通孔而相连。

此外，优选地，在绝缘基板14的背面14b中，发热体15形成在与桥电极16和可熔导体13重叠的位置。此外，优选地，桥电极16形成在比发热体电极18的下层部18b更接近发热体15的发热中心的位置。

发热体单元27通过将发热体15形成在绝缘基板14的背面14b，而使绝缘基板14的表面14a平坦化，由此，能够将桥电极16和/或发热体电极18的下层部18b形成在表面14a上。因此，发热体单元27能够使桥电极16和/或发热体电极18的下层部18b的制造工序简化，并且能够实现薄型化。

此外，发热体单元27在将发热体15形成在绝缘基板14的背面14b的情况下，也能够通过使用精细陶瓷等热导率优良的材料作为绝缘基板14的材料，而与层叠在绝缘基板14的表面14a上的情况等同地利用发热体15将可熔导体13加热并熔断。

此外，发热体单元27如图9所示，也可以将发热体15形成在形成于绝缘基板14的表面14a上的绝缘层17的内部。在此情况下，连接发热体15的一端的发热体电极18和发热体引出电极19也将一端部形成到绝缘层17的内部为止。

此外，优选地，在绝缘层17的内部，发热体15形成在与桥电极16和可熔导体13重叠的位置。此外，优选地，桥电极16形成在比发热体电极18更接近发热体15的发热中心的位置。此外，发热体单元27也可以将发热体15形成在形成于绝缘基板14的背面14b上的绝缘层17的内部。

此外，发热体单元27如图10所示，也可以将发热体15形成在绝缘基板14的内部。在此情况下，不需要设置被覆发热体15的绝缘层17。此外，与发热体15连接的发热体电极18和发热体引出电极19将与发热体15连接的上层部形成到绝缘基板14的内部为止，并经由导电通孔在绝缘基板14的表面14a侧设置下层部。

此外，优选地，在绝缘基板14的内部，发热体15形成在与桥电极16和可熔导体13重叠的位置。此外，优选地，桥电极16形成在比发热体电极18更接近发热体15的发热中心的位置。

此外，短路元件1如图11所示，也可以将发热体15与桥电极16和发热体电极18排列地形成在绝缘基板14的表面14a上。在此情况下，发热体15被绝缘层17所被覆。此外，与发热体15连接的发热体电极18以单层形成在绝缘基板14的表面14a上。进而，桥电极16优选形成在比发热体电极18更接近发热体15的发热中心的位置。

[可熔导体的变形例]

如上所述，可熔导体13可以含有低熔点金属和高熔点金属。此时，可熔导体13如图12(A)所示，可以使用如下所述的可熔导体：该可熔导体设置由Ag、Cu或以它们为主要成分的合金等构成的高熔点金属层70作为内层，并设置由以Sn为主要成分的无Pb焊料等构成的低熔点金属层71作为外层。在此情况下，可熔导体13可以采用高熔点金属层70的全部表面被低熔点金属层71被覆的结构，也可以是除了相向的一对侧面之外进行被覆的结构。由高熔点金属层70和低熔点金属层71得到的被覆结构可以使用镀覆等公知的成膜技术来形成。

此外，如图12(B)所示，可熔导体13也可以使用设置低熔点金属层71作为内层，设置高熔点金属层70作为外层的可熔导体。在此情况下，可熔导体13也可以采用低熔点金属层71的全部表面被高熔点金属层70被覆的结构，还可以是除了相向的一对侧面之外进行被覆的结构。

此外，可熔导体13如图13所示，也可以采用层叠有高熔点金属层70和低熔点金属层71的层叠结构。

在此情况下，可熔导体13如图13(A)所示，可以以双层结构形成，所述双层结构由搭载在桥电极16的下层和层叠在下层上的上层构成，并且在成为下层的高熔点金属层70的上表面层叠成为上层的低熔点金属层71，也可以相反地在成为下层的低熔点金属层71的上表面层叠成为上层的高熔点金属层70。或者，可熔导体13如图13(B)所示，也可以以三层结构形成，所述三层结构由内层和层叠在内层的上下表面的外层构成，可以在成为内层的高熔点金属层70的上下表面层叠成为外层的低熔点金属层71，也可以相反地在成为内层的低熔点金属层71的上下表面层叠成为外层的高熔点金属层70。

此外，可熔导体13如图14所示，也可以采用将高熔点金属层70和低熔点金属层71交替地层叠的四层以上的多层结构。在此情况下，可熔导体13可以采用通过构成最外层的金属层来被覆全部表面或除了相向的一对侧面之外的面的结构。

此外，可熔导体13也可以在构成内层的低熔点金属层71的表面以条纹状局部地层叠高熔点金属层70。图15是可熔导体13的俯视图。

图15(A)所示的可熔导体13在低熔点金属层71的表面，在宽度方向上以预定间隔沿长度方向形成多个线状的高熔点金属层70，由此沿长度方向形成线状的开口部72，低熔点金属层71从该开口部72露出。可熔导体13通过低熔点金属层71从开口部72露出，而使熔融的低熔点金属与高熔点金属的接触面积增加，从而能够进一步促进高熔点金属层70的熔蚀作用并提高熔断性。开口部72例如可以通过对低熔点金属层71实施构成高熔点金属层70的金属的局部镀覆而形成。

此外，可熔导体13如图15(B)所示，也可以通过在低熔点金属层71的表面，在长度方向上以预定间隔沿宽度方向形成多个线状的高熔点金属层70，从而沿宽度方向形成线状的开口部72。

此外，可熔导体13如图16所示，也可以在低熔点金属层71的表面形成高熔点金属层70，并遍及高熔点金属层70的整个面形成圆形的开口部73，使低熔点金属层71从该开口部73露出。开口部73例如可以通过对低熔点金属层71实施构成高熔点金属层70的金属的局部镀覆而形成。

可熔导体13通过低熔点金属层71从开口部73露出，而使熔融的低熔点金属与高熔点金属的接触面积增加，从而能够进一步促进高熔点金属的熔蚀作用并提高熔断性。

此外，可熔导体13如图17所示，也可以在成为内层的高熔点金属层70形成多个开口部74，并利用镀覆技术等将低熔点金属层71成膜于该高熔点金属层70并填充在开口部74内。由此，可熔导体13中，由于熔融的低熔点金属与高熔点金属接触的面积增大，所以低熔点金属能够在更短时间内使高熔点金属熔蚀。

此外，可熔导体13优选将低熔点金属层71的体积形成得比高熔点金属层70的体积大。可熔导体13被发热体15加热，由此能够通过低熔点金属熔融将高熔点金属熔蚀，并快速地熔融并熔断。因此，可熔导体13通过将低熔点金属层71的体积形成得比高熔点金属层70的体积大，能够促进该熔蚀作用，并快速地进行熔融导体向第一电极11、第二电极12之间的凝聚、短路，而且切断第一电极11和发热体电极18之间的通电通路3。

此外，可熔导体13如图18所示，也可以具有：由构成外层的高熔点金属所被覆并且厚度形成得比主面部13a厚的相向的一对第一侧缘部13b，和构成内层的低熔点金属被露出并且厚度形成得比第一侧缘部13b薄的相向的一对第二侧缘部13c，且第二侧缘部13c朝向对发热体15通电的方向的两侧端，并横跨在桥电极16和发热体电极18之间而连接。

就第一侧缘部13b而言，侧面被高熔点金属层70所被覆，并且由此形成比可熔导体13的主面部13a厚的厚度。就第二侧缘部13c而言，在侧面露出有外周被高熔点金属层70包围的低熔点金属层71。第二侧缘部13c形成为除了与第一侧缘部13b邻接的两端部之外与主面部13a相同的厚度。

并且，如图19所示，可熔导体13沿着第二侧缘部13c遍及从桥电极16到发热体电极18之间的通电通路3进行配设。由此，短路元件1能够使横跨第一电极11、第二电极12之间的可熔导体13快速地熔融、短路。

即，第二侧缘部13c形成比第一侧缘部13b相对薄的厚度。此外，第二侧缘部13c的侧面露出有构成内层的低熔点金属层71。由此，第二侧缘部13c发挥低熔点金属层71对高熔点金属层70的熔蚀作用，且被熔蚀的高熔点金属层70的厚度也被形成得比第一侧缘部13b薄，由此，与由高熔点金属层70形成为较厚的厚度的第一侧缘部13b相比能够以少的热量快速地熔融。

具有这样的构成的可熔导体13通过利用构成高熔点金属层70的Ag等金属来被覆构成低熔点金属层71的焊料箔等低熔点金属箔来制造。作为利用高熔点金属被覆低熔点金属层箔的方法，能够在长条状的低熔点金属箔上连续地实施高熔点金属镀覆的电镀法在作业效率上、制造成本上有利。

如果通过电镀法实施高熔点金属镀覆，则在长条状的低熔点金属箔的边缘部分，即侧缘部电场强度相对强，高熔点金属层70镀覆得较厚(参照图18)。由此，形成侧缘部由高熔点金属层形成得较厚的长条状的导体带40。然后，将该导体带40沿与长度方向垂直的宽度方向(图18中C-C’方向)切割为预定长度，由此制造可熔导体13。由此，就可熔导体13而言，导体带40的侧缘部成为第一侧缘部13b，导体带40的切割面成为第二侧缘部13c。此外，第一侧缘部13b被高熔点金属进行被覆，第二侧缘部13c在端面(导体带40的切割面)向外露出有被上下一对的高熔点金属层70和高熔点金属层70夹持的低熔点金属层71。

应予说明，本发明的短路元件不限于用于锂离子二次电池的电池组的情况，当然还可以应用于电子设备的电源线等由电信号进行电流通路的切断和需要旁路的各种各样的用途。此外，电流控制元件32的动作条件不限于电池单元31的电压异常的情况，例如也可以通过检测环境温度的异常上升、水淹等所有意外事故而进行动作。

Claims (25)

1.一种短路元件，其特征在于，具有：

第一电极和第二电极，两者被接近地配置且彼此绝缘；

可熔导体，其通过熔融使所述第一电极和所述第二电极之间短路；

发热体，其通过被通电而发热，并使所述可熔导体熔融；

桥电极，其横跨所述第一电极和所述第二电极之间并与所述第一电极和所述第二电极相向配置，将所述可熔导体的熔融导体聚集在所述第一电极和所述第二电极之间。

2.根据权利要求1所述的短路元件，其特征在于，

所述可熔导体与所述第一电极连接并且与所述发热体连接，由此形成通电通路，该通电通路从所述第一电极经由所述可熔导体而与所述发热体相连，并使该发热体通电，

通过所述可熔导体熔融，使所述第一电极和所述第二电极之间短路，并且使所述第一电极与所述发热体之间被切断。

3.根据权利要求2所述的短路元件，其特征在于，具有：绝缘基板，

所述发热体与所述桥电极形成在所述绝缘基板上，

所述发热体经由形成在所述绝缘基板上的发热体电极与所述可熔导体连接，

所述桥电极的面积比所述发热体电极的面积大。

4.根据权利要求2或3所述的短路元件，其特征在于，具有：绝缘基板，

所述发热体与所述桥电极形成在所述绝缘基板上，

所述发热体经由形成在所述绝缘基板上的发热体电极与所述可熔导体连接，

所述桥电极设置在比所述发热体电极更接近所述发热体的发热中心的位置。

5.根据权利要求1～3中任一项所述的短路元件，其特征在于，

所述桥电极设置在与所述发热体重叠的位置。

6.根据权利要求1～3中任一项所述的短路元件，其特征在于，

所述可熔导体横跨所述第一电极和所述第二电极之间并与所述第一电极和所述第二电极相向配置，

在所述第二电极与所述可熔导体之间的至少一部分形成有实现所述第二电极与所述可熔导体的绝缘的绝缘层。

7.根据权利要求1～3中任一项所述的短路元件，其特征在于，具有保护壳，该保护壳容纳所述绝缘基板、所述发热体和所述可熔导体，并将所述第一电极和所述第二电极向外部引出。

8.根据权利要求1～3中任一项所述的短路元件，其特征在于，所述第一电极和所述第二电极为引线框架材料。

9.根据权利要求3所述的短路元件，其特征在于，具有：层叠在所述绝缘基板上的绝缘层，

所述桥电极层叠在所述绝缘层上，

所述发热体设置在所述绝缘层的内部或所述绝缘层与所述绝缘基板之间。

10.根据权利要求3所述的短路元件，其特征在于，所述发热体形成在所述绝缘基板的内部。

11.根据权利要求3所述的短路元件，其特征在于，所述发热体形成在所述绝缘基板的与形成有所述桥电极的面一侧相反一侧的面上。

12.根据权利要求3所述的短路元件，其特征在于，所述发热体形成在所述绝缘基板的与形成有所述桥电极的面相同的面上。

13.根据权利要求1～3中任一项所述的短路元件，其特征在于，

在所述桥电极的表面被覆有镀Ni/Au、镀Ni/Pd、镀Ni/Pd/Au中之一。

14.根据权利要求3所述的短路元件，其特征在于，

在所述发热体电极的表面被覆有镀Ni/Au、镀Ni/Pd、镀Ni/Pd/Au中之一。

15.根据权利要求1～3中任一项所述的短路元件，其特征在于，

所述可熔导体为以Sn为主要成分的无Pb焊料。

16.根据权利要求1～3中任一项所述的短路元件，其特征在于，

所述可熔导体含有低熔点金属和高熔点金属，

所述低熔点金属由来自所述发热体的加热而熔融，并熔蚀所述高熔点金属。

17.根据权利要求16所述的短路元件，其特征在于，

所述低熔点金属为焊料，

所述高熔点金属为Ag、Cu或以Ag或Cu为主要成分的合金。

18.根据权利要求16所述的短路元件，其特征在于，

所述可熔导体为内层是所述高熔点金属，外层是所述低熔点金属的被覆结构。

19.根据权利要求16所述的短路元件，其特征在于，

所述可熔导体为内层是所述低熔点金属，外层是所述高熔点金属的被覆结构。

20.根据权利要求16所述的短路元件，其特征在于，

所述可熔导体为层叠有所述低熔点金属和所述高熔点金属的层叠结构。

21.根据权利要求16所述的短路元件，其特征在于，

所述可熔导体为将所述低熔点金属和所述高熔点金属交替地层叠的四层以上的多层结构。

22.根据权利要求16所述的短路元件，其特征在于，

所述可熔导体在构成内层的低熔点金属的表面以条纹状层叠有高熔点金属。

23.根据权利要求16所述的短路元件，其特征在于，

所述可熔导体具有：高熔点金属层，其具有多个开口部；低熔点金属层，其形成在所述高熔点金属层上，

在所述开口部填充有低熔点金属。

24.根据权利要求16所述的短路元件，其特征在于，

所述可熔导体中，所述低熔点金属的体积比所述高熔点金属的体积大。

25.根据权利要求19所述的短路元件，其特征在于，

所述可熔导体具有：由构成外层的所述高熔点金属所被覆并且厚度形成得比主面部厚的相向的一对第一侧缘部；构成内层的所述低熔点金属被露出并且厚度形成得比所述第一侧缘部薄的相向的一对第二侧缘部，

所述第二侧缘部朝向对所述发热体通电的方向的两侧端，并横跨所述桥电极和与所述发热体连接的发热体电极之间而连接。