CN106463312A - 保护元件和电池组件 - Google Patents

Abstract

本发明提供的一种保护元件具备：绝缘基板、配设在绝缘基板上的多个发热体、分别与多个发热体电连接的发热体引出电极、以及由发热体引出电极支撑的可熔导体。

Description

保护元件和电池组件

技术领域

本发明涉及一种通过阻断电流路径来保护连接于该电流路径的电路的保护元件、和使用该保护元件的电池组件。

背景技术

因为能够充电，所以能够反复使用的二次电池大多是以加工成电池组件的状态提供给用户的。尤其是，在使用重量能量密度高的锂离子二次电池的情况下，为了确保用户和电子设备的安全，一般来说，鉴于过充电保护和过放电保护等，将多个保护电路内藏于电池组件。因此，电池组件具有在所定的情况下阻断输出的功能。

使用锂离子二次电池的许多电子设备通过使用内藏于电池组件的FET开关进行输出的ON/OF，进行有关该电池组件的过充电保护或过放电保护动作。然而，即使在由于某种原因FET开关短路损坏的情况下，或者在由于施加雷电突波等而流入瞬间大电流的情况下，或者在起因于电池单元的寿命而输出电压异常低下、反之输出过大的异常电压的情况下，也必须从起火等事故中保护电池组件和电子设备。为此，即使在这样可以设想的任何异常状态下，为了安全地阻断电池单元的输出，使用有由具有根据来自外部的信号来阻断电流路径的功能的熔丝元件构成的保护元件。

作为搭载于这样的锂离子二次电池等用的保护电路中的保护元件，如专利文献1、2所记载，具备发热体、并利用该发热体的发热、使导入电流路径的可熔导体熔断的保护元件被使用。

现有技术文献

专利文献

专利文献1：日本特开2010-3665号公报

专利文献2：日本特开2014-32769号公报

发明内容

可是，为了在如移动电话和笔记本电脑这样的电流容量比较低的用途上使用保护元件，可熔导体(熔丝)最大也仅具有15A左右的电流容量。锂离子二次电池的用途由于近年来正在扩大，所以在更大电流的用途上考虑采用锂离子二次电池，在一部分用途上已经开始采用锂离子二次电池。该大电流的用途例如是电动螺丝刀等电动工具、混合动力汽车、电动汽车、电动辅助自行车等运输设备。在这些大电流的用途中，尤其是在启动时等，有流入如超过数的大电流的情况。期望有一种对应于这样的大电流容量的保护元件。

因此，即使在为了对应大电流使用大型可熔导体的情况下，也期望提供一种通过不降低电力密度而维持快速熔断性能、且缓和对绝缘基板的热冲击，能够实现稳定的发热操作的保护元件和电池组件。

本发明的一种实施方式的保护元件具备：绝缘基板、配设在该绝缘基板上的多个发热体、分别与该多个发热体电连接的发热体引出电极、以及由该发热体引出电极支撑的可熔导体。

另外，本发明的一种实施方式的电池组件具备：一个以上的电池单元、以能够阻断流过该一个以上的电池单元的电流的方式连接于该一个以上的电池单元的保护元件、以及分别检测该一个以上的电池单元的电压值且控制用于加热保护元件的电流的电流控制元件。该保护元件具备：绝缘基板、配设在该绝缘基板上的多个发热体、分别与该多个发热体电连接的发热体引出电极、以及由该发热体引出电极支撑的可熔导体。

依据本发明的一种实施方式的保护元件和电池组件，发热体引出电极分别与多个发热体电连接，并且由该发热体引出电极支撑可熔导体。在这种情况下，因为发热体被复数分割，所以在维持与发热体没有被复数分割的情况同等的发热量的同时，缓和起因于发热的对绝缘基板的热冲击。也就是说，由于发热体被复数分割，而在绝缘基板的热分布上扩散峰值下降，所以对绝缘基板的热冲击被缓和。另一方面，因为即使发热体被分割，也能够维持同等的总发热量，所以可熔导体的熔断所需时间不会延长。因此，即使在为了对应大电流容量而使可熔导体大型化、且使发热体的电力增大的情况下，也能够抑制绝缘基板破裂，同时实现稳定的发热操作。

附图说明

图1是表示本发明的一种实施方式的保护元件的截面图；

图2是表示本发明的一种实施方式的保护元件的平面图；

图3是表示利用伴随过电流的自身发热而可熔导体被熔断的保护元件的截面图；

图4是表示利用发热体的发热而可熔导体被熔断的保护元件的截面图；

图5是表示本发明的一种实施方式的其他保护元件的截面图；

图6是表示本发明的一种实施方式的其他保护元件的截面图；

图7是表示本发明的一种实施方式的其他保护元件的截面图；

图8是表示应用有本发明的一种实施方式的保护元件的电池组件的电路结构的一例图；

图9是表示本发明的一种实施方式的保护元件的电路图；

图10是表示在绝缘基板上设有吸引孔的保护元件的截面图；

图11是表示在绝缘基板上设有吸引孔的保护元件的平面图；

图12是表示在绝缘基板上设有吸引孔的保护元件的截面图，表示可熔导体熔断后的状态；

图13是表示比较例的保护元件的平面图；

图14是表示参考例的保护元件的截面图；

图15是表示参考例的保护元件的平面图。

具体实施方式

以下参照附图对应用有本发明的一种实施方式的保护元件进行详细说明。此外，本发明不只限于以下的实施方式，在不脱离本发明的主旨的范围内，当然可以进行各种变更。另外，因为附图为示意图，所以各尺寸的比率等有可能与现实的比率相异。对于具体尺寸等应该根据以下的说明来考虑、判断。另外，在附图之间当然有相互尺寸的关系和比率不同的情况。

[第1实施例]

本发明的一种实施方式的保护元件1如图1和图2所示，具备：绝缘基板2、配设在该绝缘基板2上的多个发热体3、分别与该多个发热体3电连接的发热体引出电极4、以及由该发热体引出电极4支撑的可熔导体5。另外，保护元件1具备第1电极11和第2电极12，绝缘基板2配设在第1电极11与第2电极12之间。在该保护元件1中，可熔导体5的一端部配置于第1电极11上，该一端部与第1电极11电连接，并且该可熔导体5的另一端部配置于第2电极12上，该另一端部与第2电极12电连接。

[第1电极和第2电极]

第1电极11和第2电极12是用于使保护元件1连接于外部电路的连接端子，含有金属等。在保护元件1的内部，第1电极11和第2电极12各自通过焊料等连接材料7与可熔导体5连接，并且通过该可熔导体5互相连接。因此，在保护元件1中，构成了从第1电极11经由可熔导体5至第2电极12的电流路径。该电流路径通过第1电极11和第2电极12与外部电路的连接端子连接，而作为一部分安装于该外部电路中。于是，在保护元件1中，如果可熔导体5流过超过额定的过电流，那么利用自身发热可熔导体5熔融。因此，如图3所示，因为在可熔导体5与第1电极11和第2电极12中的一方之间可熔导体5熔融，所以外部电路的充放电路径被阻断。或者，在保护元件1中，如果发热体3通电，那么该发热体3发热。因此，如图4所示，因为可熔导体5熔融，所以在第1电极11与发热体引出电极4之间可熔导体5熔断，并且在第2电极12与发热体引出电极4之间可熔导体5熔断。因此，由于可熔导体5的熔融物即熔融导体5a在发热体引出电极4上凝集，所以外部电路的电流路径被阻断。

在保护元件1中，第1电极11和第2电极12从外筐体1O的内部导出至外部，并且由该外筐体10支撑。另外，在保护元件1中，因为在外筐体10的内部的中央的空间里配设有绝缘基板2，所以第1电极11和第2电极12与绝缘基板2接近。

外筐体10例如包含PPS(聚苯硫醚：Polyphenylenesulfide)等耐热性优异的工程塑料中的任一种或二种以上。另外，外筐体10在成形为所定的形状时，也可以使用嵌入(Insert)成型等成形为与第1电极11和第2电极12一体化。

此外，第1电极11和第2电极12也可以配设在与绝缘基板2接近的含有环氧树脂等的绝缘材料上。另外，第1电极11和第2电极12如图5所示，也可以通过使用印刷法等涂布高熔点金属膏，在绝缘基板2的表面2a中形成一对对向的边缘部。

[绝缘基板]

绝缘基板2例如包含氧化铝、玻璃陶瓷、莫来石、和氧化锆等具有绝缘性的材料中的任一种或二种以上。另外，虽然也可以使用用于玻璃环氧基板、苯酚基板等印刷配线基板的材料，但是需要注意熔丝熔断时的温度。

[发热体]

发热体3配设在绝缘基板2的表面2a，并且被绝缘部件13覆盖。发热体3包含电阻值比较高且一通电便发热的具有导电性的材料中的任一种或二种以上。该具有导电性的材料例如为钨(W)、钼(Mo)、钌(Ru)、以它们的一种以上作为主要成分的合金、以它们的一种以上作为主要成分的组合物、以及以它们的一种以上作为主要成分的化合物等。使用丝网印刷技术，将含有这些合金等的粉状体与树脂粘合剂等的混合物的膏以形成所定图案的方式涂布于绝缘基板2上后，通过对该膏进行煅烧等形成发热体3。

在保护元件1中，多个发热体3以所定的间隔隔开且并列，如图1所示，设有二个发热体3A、3B。像这样，在保护元件1中，由于发热体3被复数分割，所以在维持与发热体3没有被复数分割的情况同等的发热量的同时，缓和起因于发热的对绝缘基板2的热冲击。也就是说，在保护元件1中，由于发热体3被复数分割，而在绝缘基板2的热分布上扩散峰值下降，所以对绝缘基板2的热冲击被缓和。另一方面，在保护元件1中，因为即使发热体3被分割，也能够维持同等的该发热体3的总发热量，所以可熔导体5的熔断所需时间不会延长。因此，在保护元件1中，即使在为了对应大电流容量而使可熔导体5大型化、且使发热体3的电力增大的情况下，也能够抑制绝缘基板2破裂，同时实现稳定的发热操作。

如图2所示，可熔导体5从第1电极11朝着第2电极12的方向延伸。发热体3A、3B各自具有以与可熔导体5的延伸方向交叉(例如直交)的方向作为长度方向的矩形状的平面形状。长度方向上的发热体3A、3B各自的一端部通过发热体连接电极17a，与配设在绝缘基板2的表面2a的第1发热体电极15连接，并且长度方向上的发热体3A、3B各自的另一端部通过发热体连接电极17b，与配设在绝缘基板2的表面2a的第2发热体电极16连接。

第1发热体电极15与多个发热体3各自的一端部连接，且与发热体引出电极4连接。第2发热体电极16与多个发热体3各自的另一端部连接，且在保护元件1连接于外部电路时成为外部连接电极。保护元件1通过第2发热体电极16与外部电路连接，由此安装于为了给发热体3供电而在外部电路形成的供电路径。

第1发热体电极15和第2发热体电极16例如含有高熔点金属中的任一种或二种以上。该高熔点金属例如为Ag、Cu、和以它们的一种以上作为主要成分的合金等。使用丝网印刷技术，将含有该高熔点金属与树脂粘合剂等的混合物的膏以形成所定图案的方式涂布于绝缘基板2上后，通过对该膏进行煅烧等形成第1发热体电极15和第2发热体电极16。

发热体3通过对第1发热体电极15和第2发热体电极16通电而发热。也就是说，发热体3在长度方向上被通电。因此，即使在沿着长度方向发热体3破裂的情况下，由于第1发热体电极15与第2发热体电极16之间的通电路径不易被阻断，所以对发热体3的通电以及发热体3的发热也不易停止。另一方面，如后述图15所示，因为在与长度方向直交的宽度方向上的发热体3的两侧设有发热体连接电极，所以在该发热体3由于在宽度方向上通电而发热的情况下，如果沿着长度方向发热体3破裂，那么由于第1发热体电极15与第2发热体电极16之间的通电路径容易被阻断，因而发热体3的发热有可能在可熔导体5熔断之前停止。

绝缘部件13例如含有玻璃。此外，在保护元件1中，为了将发热体3所发生的热量有效地传送至可熔导体5，也可以通过在多个发热体3与绝缘基板2之间也设置绝缘部件，在配设在该绝缘基板2的表面2a的绝缘部件13的内部设置发热体3。

[发热体引出电极]

发热体引出电极4支撑连接于第1电极11和第2电极12的可熔导体5，并且构成对发热体3的供电路径。该发热体引出电极4具有：与第1发热体电极15邻接的引出部4a、和配设在绝缘部件13上且连接于可熔导体5的连接部4b。在发热体引出电极4中，连接部4b配设在第1电极11与第2电极12之间，并且通过可熔导体5与第1电极11和第2电极12连接。另外，发热体引出电极4被发热体3加热，并且通过将发热体3所发生的热量传送至可熔导体5，使该可熔导体5熔断。再有，如果可熔导体5熔融，那么由于该可熔导体5的熔融物(熔融导体5a)凝集，并且第1电极11和第2电极12被分断，所以发热体引出电极4阻断第1电极11与第2电极12之间的电流路径。此时，因为发热体引出电极4被发热体3加热，所以熔融导体5a容易凝集。

在发热体引出电极4中，连接部4b以通过绝缘部件13分别与多个发热体3局部重叠的方式配设。因此，由于各个发热体3所发生的热量容易通过绝缘部件13有效地传送至发热体引出电极4，所以该发热体引出电极4能够快速加热可熔导体5，并且能够快速使可熔导体5熔融。也就是说，在保护元件1中，如果多个发热体3各自发热，那么因为该多个发热体3所发生的热量通过绝缘部件13和配设在该绝缘部件13上的发热体引出电极4传送至可熔导体5，所以该可熔导体5被加热。此时，在保护元件1中，因为发热体引出电极4以分别与被分割配置的多个发热体3局部重叠的方式配置，所以发热体3所发生的热量能够有效地传送至发热体引出电极4，并且可熔导体5快速熔断。另外，在保护元件1中，因为发热体3所发生的热量更加容易传送至发热体引出电极4和可熔导体5，所以能够缓和对绝缘基板2的热冲击，并且绝缘基板2和发热体3不易破裂。

此外，发热体引出电极4如图1所示，可以为对发热体3A、3B的双方局部重叠，也可以只对发热体3A、3B中的一方局部重叠。鉴于对可熔导体5的热传导和对绝缘基板2的热冲击的缓和效果，发热体引出电极4优选地对发热体3A、3B的双方局部重叠。

发热体引出电极4例如含有高熔点金属中的任一种或二种以上。该高熔点金属例如为Ag、Cu、和以它们作为主要成分的合金等。使用丝网印刷技术，将含有该高熔点金属与树脂粘合剂等的混合物的膏以形成所定图案的方式涂布于绝缘部件13上和第1发热体电极15上后，通过对该膏进行煅烧等形成发热体引出电极4。

然后，发热体引出电极4通过焊料等连接材料7与连接于第1电极11和第2电极12的可熔导体5连接。另外，如果被发热体引出电极4加热的可熔导体5熔融，那么因为熔融导体5a凝集，所以第1电极11与第2电极12之间的电流路径被阻断。

此外，在保护元件1中，如图1所示，优选地，发热体3A、3B以绝缘基板2的中央作为境界，配设在该境界的两侧，并且发热体引出电极4配设在绝缘基板2的中央及其周围区域。在绝缘基板2中，越是接近外边部起因于放热的冷却效果也越高，并且在离该外边部最远的中央部热量趋于不易散发。为此，在绝缘基板2的中央部，由于起因于热膨胀的应力变大，所以该绝缘基板2容易破裂。因此，在该绝缘基板2中，如果在避开中央部的区域配设发热体3A、3B，那么因为发热体3A、3B所发生的热量蓄积于绝缘基板2的中央部，所以即使在起因于伴随热膨胀的应力、绝缘基板2破裂的情况下，该破裂的影响不易波及发热体3A、3B。

另外，如果发热体引出电极4配设在绝缘基板2的中央及其周围区域，那么在保护元件1中，因为发热体3A、3B所发生的热量集中在不易放热的绝缘基板2的中央部，所以该热量不分散于绝缘基板2的全体而是有效地传送至可熔导体5。因此，可熔导体5被有效地加热。同时，在保护元件1中，如果发热体3A、3B所发生的热量集中在绝缘基板2的中央部，那么该热量通过发热体引出电极4传送至可熔导体5。为此，因为发热体3A、3B所发生的热量趋于不易散发、且不易蓄积于伴随热膨胀而应力变大的绝缘基板2的中央部，所以绝缘基板2不易破裂。

另外，第2发热体电极16在多个发热体3各自的另一端侧，以分别与该多个发热体3对向的方式配设，绝缘基板2在没有配设发热体3的区域，使用焊料等接合材料，通过第2发热体电极16连接于外部电路的端子部。为此，在保护元件1中，因为在没有配设发热体3的区域绝缘基板2被固定，所以由于发热体3发热，在没有配设发热体3的区域绝缘基板2产生应力。因此，即使绝缘基板2破裂，该破裂的发生位置也能够控制在没有配设发热体3的区域。特别是，如果二个发热体3A、3B以绝缘基板2的中央作为境界且配置于该境界的两侧，那么在发热体3A、3B所发生的热量集中在不易放热的绝缘基板2的中央部、且伴随热膨胀的应力蓄积的情况下，因为第2发热体电极16成为固定点，破裂的发生位置能够被准确地控制在发热体3A、3B之间的区域。因此，即使在绝缘基板2破裂的情况下，也能够防止起因于发热体3A、3B的破裂而发热停止的事态发生。

在这里，如图1和图2所示，也可以通过在绝缘基板2上设置内壁面上设有导电层61的通孔20(导电通孔)，并且在绝缘基板2的背面2b上设置通过该导电层61与第2发热体电极16电连接的连接端子部62，使该第2发热体电极16通过连接端子部62与外部电路的端子部连接并固定。在保护元件1中，通过在绝缘基板2的固定点设置通孔20，绝缘基板2以通孔20作为起点容易破裂。因此，能够防止起因于发热体3A、3B的破裂而发热停止的事态发生。此外，在图3之后，省略上述导电层61和连接端子部62的图示。

此外，第2发热体电极16也可以利用配设在从绝缘基板2的表面2a至背面2b的焊桥，与外部电路的端子部连接并固定。在这种情况下，在保护元件1中，因为在没有配设发热体3的区域绝缘基板2被固定，所以破裂的发生位置也能够控制在没有配设发热体3的区域。

[可熔导体]

可熔导体5在过电流状态下熔融。该可熔导体5含有可以熔断的导电性材料中的任一种或二种以上。该导电性材料例如为SnAgCu类无铅焊料、BiPbSn合金、BiPb合金、BiSn合金、SnPb合金、PbIn合金、ZnAl合金、InSn合金、以及PbAgSn合金等。此外，可熔导体5也可以是：Ag、Cu、和以它们的一种以上作为主要成分的合金等高熔点金属与焊料或者以Sn为主要成分的无铅焊料等低熔点金属的积层体。

这样的可熔导体5由在低熔点金属箔上，使用电镀技术成膜高熔点金属层而形成。但是，可熔导体5也可以使用其它已知的积层技术、膜形成技术形成。此外，可熔导体5也可以以高熔点金属层作为内层，以低熔点金属层作为外层。另外，可熔导体5也可以是低熔点金属层与高熔点金属层被交替积层的4层以上的多层构造。像这样，可熔导体5可以形成为各种各样的构成。

另外，可熔导体5因为在流过所定的额定电流的状态下自身不发热，所以不熔断。对此，可熔导体5因为若流过高于额定电流的电流则自身发热，所以熔融。因此，第1电极11与第2电极12之间的电流路径被阻断。另外，可熔导体5如果对应发热体3的通电而发热，那么因为被该发热体3加热，所以熔断。因此，第1电极11与第2电极12之间的电流路径被阻断。此时，在可熔导体5中，因为熔融的低熔点金属侵蚀高熔点金属，所以该高熔点金属在低于熔融温度的温度下熔融。因此，可熔导体5利用低熔点金属对高熔点金属的侵蚀作用，在短时间熔断。

另外，在可熔导体5中，通过成为外层的高熔点金属积层于成为内层的低熔点金属上，从而比由高熔点金属构成的芯片熔丝等熔断温度大幅降低。因此，在可熔导体5中，相比同一尺寸的芯片熔丝等，熔断面积变大，且电流额定值大幅提高。另外，相比相同电流额定值的芯片熔丝，能够谋求小型化、薄型化且速熔断性优异。

另外，在可熔导体5中，对安装有保护元件1的电路瞬间施加异常高的电压的现象，即所谓对突波的耐性(耐脉冲性)得到提高。也就是说，可熔导体5例如在数msec的时间流过100A的电流的情况下，不可以熔断。关于这一点，在极短的时间内流过的大电流流过导体的表层(表皮效果)。可熔导体5因为通过包含作为外层的电阻值低的Ag电镀等高熔点金属，起因于突波而被施加的电流容易流过，所以能够防止起因于自身发热的可熔导体5的熔断。因此，在可熔导体5中，由于低熔点金属被高熔点金属被覆，所以相比由焊料合金构成的熔丝，对突波的耐性大幅提高。

此外，在可熔导体5中，为了防止氧化、和提高熔断时的润湿性等，涂布助焊剂(未图示)。

[发热体]

另外，如图6所示，在保护元件1中，发热体3也可以配设在绝缘基板2的背面2b。发热体3配设在绝缘基板2的背面2b，并且在该背面2b上被绝缘部件13被覆。

发热体3的一端部通过未图示的发热体电极，与发热体引出电极4和配设在发热体引出电极4上的可熔导体5电连接。另外，发热体3的另一端部与第2发热体电极16连接。

另外，如图7所示，在保护元件1中，发热体3也可以配设在绝缘基板2的内部。在这种情况下，发热体3也可以不被玻璃等绝缘层被覆。另外，发热体3的一端部通过未图示的发热体电极，与发热体引出电极4和配设在发热体引出电极4上的可熔导体5电连接。另外，发热体3的另一端部与第2发热体电极16连接。

[电路结构]

保护元件1例如如果安装于电池组件，那么因为在过电流时可熔导体5自身熔断，所以阻断电池组件的充放电路径。另外，保护元件1如果对应电池单元的过电压而发热体3被通电、同时发热，那么因为被该发热体3加热的可熔导体5熔断，所以阻断电池组件的充放电路径。

电池组件30如图8所示，例如具备由合计4个锂离子二次电池的电池单元31～34构成的电池组35。

电池组件30具备电池组35、控制电池组35的充放电的充放电控制电路40、在电池组35异常时使充电动作停止的保护元件1(应用有本发明的保护元件)、检测各个电池单元31～34的电压的检测电路36、以及根据检测电路36的检测结果控制保护元件1的操作的开关元件即电流控制元件37。

在电池组35中，需要进行过充电保护和过放电保护的控制的电池单元31～34串联。该电池组35通过电池组件30的正极端子30a和负极端子30b以可以装卸的方式连接于充电装置45，从该充电装置45施加充电电压。由充电装置45充电的电池组件30通过正极端子30a和负极端子30b连接于利用电池驱动的电子设备，由此能够使该电子设备驱动。

充放电控制电路40具备：与从电池组35至充电装置45的电流路径串联的2个电流控制元件41和42、以及控制该电流控制元件41和42的操作的控制部43。电流控制元件41、42例如包含场效应晶体管(以下称为FET)，因为栅极电压被控制部43控制，所以能够控制电池组35的电流路径的状态(导通和阻断)。控制部43从充电装置45接受电力供给进行操作，并且根据检测电路36的检测结果，当电池组35为过放电状态或过充电状态时，控制电流控制元件41、42的操作以阻断电流路径。

保护元件1例如导入电池组35与充放电控制电路40之间的充放电电流路径上，该保护元件1的操作由电流控制元件37控制。

检测电路36与各个电池单元31～34连接，将在该各个电池单元31～34上检测出的各个电压值，提供给充放电控制电路40的控制部43。另外，检测电路36在任一个电池单元31～34成为过充电电压状态或过放电电压状态时，输出用于控制电流控制元件37的控制信号。

电流控制元件37例如包含FET。该电流控制元件37根据从检测电路36输出的检测信号，在电池单元31～34的电压值成为超过所定的过放电状态或过充电状态的电压时，使保护元件1驱动。因此，电池组35的充放电电流路径不依靠电流控制元件41、42的开关操作被阻断。

用于具有如以上结构构成的电池组件30的应用有本发明的保护元件1，具有如图9所示的电路结构。也就是说，在保护元件1中，第1电极11与电池组35侧连接，并且第2电极12与正极端子30a侧连接。因此，可熔导体5被以串联的方式导入电池组35的充放电路径。另外，在保护元件1中，发热体3通过第2发热体电极16与电流控制元件37连接，并且该发热体3与电池组35的开放端连接。因此，发热体3的一端部通过发热体引出电极4、可熔导体5和第1电极11与电池组35的一方的开放端连接。发热体3的另一端部通过第2发热体电极16与电流控制元件37和电池组35的另一方的开放端连接。因此，形成对发热体3的供电路径，并且对该发热体3的通电由电流控制元件37控制。

[保护元件的操作]

如果电池组件30流过超过额定的过电流，那么在保护元件1中，因为可熔导体5自身发热且熔融，所以电池组件30的充放电路径被阻断。

另外，检测电路36如果检测出电池单元31～34中的任一个的异常电压，那么向电流控制元件37输出遮断信号。该电流控制元件37根据遮断信号，控制电流以使发热体3通电。在保护元件1中，因为电流从电池组35通过第1电极11、可熔导体5和发热体引出电极4流向发热体3，所以该发热体3开始发热。因此，在保护元件1中，如果可熔导体5被发热体3加热，那么因为该可熔导体5熔断，所以电池组35的充放电路径被阻断(图3)。

这时，在利用过电压时的发热体3的可熔导体5熔断时，在保护元件1中，因为发热体3被复数分割，所以在维持与发热体3没有被复数分割的情况同等的发热量的同时，缓和起因于发热的对绝缘基板2的热冲击。因此，在保护元件1中，即使在为了对应大电流容量而使可熔导体5大型化、且使发热体3的电力增大的情况下，也能够通过可熔导体5的熔断所需时间不延长、且绝缘基板2不易破裂，实现稳定的发热操作。

另外，在保护元件1中，通过发热体引出电极4以通过绝缘部件13与多个发热体3局部重叠的方式配设，因为各个发热体3所发生的热量通过绝缘部件13有效地传送至可熔导体5，所以能够快速加热可熔导体5并使其熔融。另外，在保护元件1中，发热体3所发生的热量更加容易传送至发热体引出电极4和可熔导体5。因此，由于对绝缘基板2的热冲击被缓和，所以绝缘基板2和发热体3不易破裂。

另外，在保护元件1中，由于可熔导体5包含高熔点金属与低熔点金属，利用熔融的低熔点金属对高熔点金属的侵蚀作用，能够使可熔导体5在短时间熔断。

另外，在保护元件1中，因为由于可熔导体5熔断，对发热体3的供电路径被阻断，所以该发热体3的发热停止。

本发明的一种实施方式的保护元件不只限使用于搭载有锂离子二次电池的电池组件的情况下，当然也可以应用于需要根据电气信号阻断电流路径的各种用途。

[第2实施例]

另外，在应用有本发明的一种实施方式的保护元件中，如图10所示，也可以以贯通发热体引出电极4、绝缘部件13和绝缘基板2的方式，来设置用于吸引可熔导体5的熔融物即熔融导体5a的吸引孔51。此外，在以下的说明中，对于与上述保护元件1相同的部件附加相同的符号，并省略了对该相同部件的详细的说明。

在设有吸引孔51的保护元件50中，如果可熔导体5利用伴随过电流的自身发热而熔融、或者可熔导体5利用伴随过电压的发热体3的发热而熔融，那么因为利用毛细管现象而熔融导体5a被吸引至吸引孔51的内部，所以该熔融导体5a的体积减少。在保护元件50中，即使在通过为了对应大电流用途而使可熔导体5的截面积增大，而熔融量增大的情况下，也因为熔融导体5a被吸引孔51吸引，所以能够使该熔融导体5a的体积减少。

因此，在保护元件50中，可熔导体5迅速且可靠地熔断。另外，在保护元件50中，即使在利用伴随过电流的可熔导体5的自身发热的阻断时发生电弧放电，也能够减少起因于该电弧放电的熔融导体5a的飞散。因此，能够防止绝缘电阻降低，并且能够防止起因于熔融导体5a附着于可熔导体5的周围电路的短路故障。

在吸引孔51的内壁面，设置有导电层52。由于设置有导电层52，吸引孔51变得容易吸引熔融导体5a。导电层52例如包含导电性材料中的任一种或二种以上。该导电性材料例如为铜、银、金、铁、镍、钯、铅、锡、和以它们作为主要成分的合金等。在吸引孔51的内壁面，通过使用电解电镀法、印刷法等已知的方法成膜导电性材料(导电性膏)，形成导电层52。

另外，吸引孔51较佳是在绝缘基板2的厚度方向上延伸的贯通孔。因此，在吸引孔51中，熔融导体5a被吸引至绝缘基板2的背面2b。由此，因为更多的熔融导体5a被吸引，所以在可熔导体5熔断的地方熔融导体5a的体积更加减少。此外，该吸引孔51也可以是非贯通孔。

另外，如图11所示，在绝缘基板2的表面2a通过绝缘部件13配设有发热体引出电极4，吸引孔51配设在下述位置：该位置对应于该发热体引出电极4的宽度方向的中央位置。此外，吸引孔51的数目也可以为复数。因为吸引熔融导体5a的路径增加，所以，更多的熔融导体5a被吸引孔51吸引。因此，在可熔导体5熔断的地方，熔融导体5a的体积更加减少。在这里，多个吸引孔51例如以直线状、即排在一排的方式配置。

另外，设于吸引孔51的内壁面的导电层52与发热体引出电极4连接。导电层52的表面与发热体引出电极4的表面优选地在同一平面内。导电层52与发热体引出电极4也可以一体化。因此，在保护元件50中，于发热体引出电极4上凝集的熔融导体5a在发热体引出电极4的表面和导电层52的表面变得容易润湿、扩散，并且该熔融导体5a通过导电层52容易被引导至吸引孔51的内部。

另外，在绝缘基板2的背面2b，以与设于吸引孔51的内壁面的导电层52连接的方式，配设背面电极53。如图12所示，背面电极53与导电层52连接。背面电极53的表面与导电层52的表面优选在同一平面内。背面电极53与导电层52也可以一体化。因此，如果可熔导体5熔融，那么从绝缘基板2的表面2a经由吸引孔51移动至背面2b的熔融导体5a在背面电极53上凝集。因此，在保护元件50中，熔融导体5a在背面电极53的表面和导电层52的表面变得容易润湿、扩散。另外，因为更多的熔融导体5a被吸引孔51吸引，所以在可熔导体5熔断的地方熔融导体5a的体积更加减少。

此外，在保护元件50中，发热体3也可以配设在绝缘基板2的表面2a、背面2b或者绝缘基板2的内部。

在发热体3配设在绝缘基板2的背面2b的情况下，该发热体3的一端部与背面电极53连接，并且通过导电层52和发热体引出电极4与可熔导体5电连接。另外，发热体3的另一端部与配设在背面2b的第2发热体电极16连接。同样，在发热体3配设在绝缘基板2的内部的情况下，发热体3的一端部通过第1发热体电极15和发热体引出电极4与可熔导体5电连接，并且发热体3的另一端部与第2发热体电极16连接。

如果发热体3配设在绝缘基板2的背面2b，那么在保护元件50中，因为背面电极53被发热体3加热，所以更多的熔融导体5a容易凝集。因此，在保护元件50中，因为熔融导体5a容易从发热体引出电极4通过导电层52移动至背面电极53，所以能够促进在吸引孔51中对熔融导体5a的吸引作用。因此，可熔导体5容易熔断。

另外，如果发热体3配设在绝缘基板2的内部，那么在保护元件50中，因为发热体引出电极4和背面电极53通过导电层52被发热体3加热，所以更多的熔融导体5a容易凝集。因此，在保护元件50中，因为熔融导体5a容易从发热体引出电极4通过导电层52移动至背面电极53，所以能够促进在吸引孔51中对熔融导体5a的吸引作用。因此，可熔导体5容易熔断。

另外，在保护元件50中，也可以在吸引孔51的内部，填充与可熔导体5的形成材料相同或者类似的材料、比可熔导体5的形成材料熔点低的预备焊料55、助熔剂等。在保护元件50中，当发热体3发热时，导热性优异的导电层52、发热体引出电极4和背面电极53的温度比绝缘基板2的温度先提高。由此，因为预备焊料55等比可熔导体5先熔融，所以熔融导体5a被吸引孔51吸引。因此，因为熔融导体5a从绝缘基板2的表面2a移动至背面2b，所以不管保护元件50的朝向，第1电极11与第2电极12之间的电流路径容易被阻断。

在这里，在没有使用上述本发明的一种实施方式的保护元件时所产生的问题，如下所述。

作为对本发明的保护元件1的参考例的保护元件100，如图14和图15所示，具备：绝缘基板103、第1电极101和第2电极102、发热体104、玻璃层105、发热体引出电极106、一对发热体连接电极107a和107b、第1发热体电极108、第2发热体电极109、以及可熔导体110。第1电极101和第2电极102连接于外部电路。发热体104配设在绝缘基板103上，并且包含W、Mo、Ru等高熔点金属。玻璃层105绝缘被覆发热体104。发热体引出电极106以与发热体104重叠的方式配设在玻璃层105上，并且与该发热体104电连接。一对发热体连接电极107a和107b配设在绝缘基板103上，并且与宽度方向上的发热体104的两端部连接。第1发热体电极108通过发热体连接电极107a与发热体104连接，并且与发热体引出电极106连接。第2发热体电极109与发热体连接电极107a连接，并且使发热体104连接于外部的供电电路。可熔导体110通过发热体引出电极106连接于第1电极101和第2电极102。该可熔导体110通过焊料等连接材料111，与第1电极101、第2电极102和发热体引出电极106连接。此外，在图15中，省略了玻璃层105。

在保护元件100中，通过第1电极101和第2电极102连接于外部电路，使可熔导体110装入外部电路的电流路径。另外，在保护元件100中，通过第2发热体电极109连接于外部电路，形成从第1电极101经由可熔导体110、发热体引出电极106、发热体104和第2发热体电极109至外部电路的供电路径，即对发热体104的供电路径。

通常在保护元件100中，通过设于外部电路的开关元件，对供电路径进行通电限制。然后，在阻断外部电路的电流路径的情况下，在保护元件100中，如果由开关元件解除对供电路径的通电限制，那么因为该发热体104被通电同时发热，可熔导体110熔断。因此，外部电路的电流路径被阻断，同时也停止对发热体104供电。

为了对应大电流容量，在保护元件100中，通过使可熔导体110的截面积增大，来谋求该可熔导体110的低电阻化。在这里，如果为了对应大电流使可熔导体110的截面积增大，那么为了利用发热体104的发热使可熔导体110熔断所需的电力也增大。

但是，在用于电流容量比较低的用途的保护元件中，如果将可熔导体110大型化、且向该可熔导体110流入大电流，那么因为对绝缘基板103的热冲击变得过大，在配设有发热体104的地方绝缘基板103容易破裂。在绝缘基板103中，因为越是接近外边部起因于放热的冷却效果也越高，并且在中央部成为最高温，所以如果在该中央部形成发热体104，那么伴随热膨胀的应力变大。另外，在保护元件100中，因为在通过玻璃层105与发热体104重叠的发热体引出电极106上，固定了可熔导体110，所以在绝缘基板103的中央部产生的应力(变形)会影响保护元件100的动作。具体地说，因为绝缘基板103的中央部变得容易破裂，并且形成在该中央部的发热体104变得容易破裂，所以有可能出现起因于供电路径被阻断而停止发热等、保护元件100的动作变得不稳定的情况。

这样的倾向越是为了提高保护元件100的电流额定值而使可熔导体110大型化、并且为了谋求保护元件100的小型化而使绝缘基板103薄型化，就越是变得显著。

为了缓和对这样的绝缘基板103的热冲击，例如也可以设想通过增大发热体104的面积，使电力密度降低。然而，如果降低电力密度，那么虽然能够防止绝缘基板103和发热体104破裂，但是因为对可熔导体110的传热效率降低，所以难以迅速使该可熔导体110熔断。

[实例]

接着，对本发明的实例进行说明。在本实例中，准备：在绝缘基板2上配置有二个发热体3、且以与该二个发热体3局部重叠的方式配置有发热体引出电极4的保护元件1(实例：参照图1)；以及在绝缘基板2上配置有二个发热体3、且以不与该二个发热体3局部重叠的方式配置有发热体引出电极4的保护元件200(比较例：参照图13)，测定了利用发热体3的发热的可熔导体5的熔断时间。

在实例的保护元件1和比较例的保护元件200中，作为绝缘基板2，使用表面配设有二个发热体3的陶瓷基板。另外，作为连接于第1电极11和第2电极12的可熔导体5，使用施加有镀Ag处理(厚度为6μm)的Sn-Ag-Cu类金属箔(厚度为0.35mm、宽度为5.4mm)。可熔导体5与第1电极11和第2电极12使用焊料连接。另外，第1电极11和第2电极12由PPS制的外框体10支撑。

通过对实例的保护元件1和比较例的保护元件200施加32W和100W的电力，利用发热体3的发热使可熔导体5熔断，测定了该可熔导体5的熔断时间。在这种情况下，将测定回数(样品数)定为4。测定结果表示在表1中。

[表1]

如表1所示，在实例的保护元件1中，在施加的电力是32W和100W的任一方的情况下，相比比较例的保护元件200熔断时间都变短。另一方面，在比较例的保护元件200中，在施加100W的电力的情况下，在一半的样品中因为绝缘基板2破裂，所以没有能够使可熔导体5熔断(NG)。

该结果表示以下倾向。在实例中，发热体引出电极4以与二个发热体3重叠的方式配置。为此，因为各个发热体3所发生的热量容易通过绝缘部件13有效地传送至发热体引出电极4，所以可熔导体5被快速加热并熔融。另外，在实例中，发热体3所发生的热量更加容易向发热体引出电极4和可熔导体5传送。因此，即使在施加100W的电力的情况下，也因为能够缓和对绝缘基板2的热冲击，所以绝缘基板2和发热体3变得不易破裂。

另一方面，在比较例中，发热体引出电极4以不与二个发热体3重叠的方式配置。为此，因为各个发热体3所发生的热量难以有效地传送至发热体引出电极4、即由发热体3对发热体引出电极4的传热效率低，所以相比实例熔断时间延长。再有，在比较例中，发热体3所发生的热量变得容易蓄积于绝缘基板2。因此，在施加100W的电力的情况下，因为对绝缘基板2的热冲击变得过大，所以在一半的样品中绝缘基板2破裂且可熔导体5没有熔断。

因此，在绝缘基板上配置有多个发热体、且以与各个发热体局部重叠的方式配置有发热体引出电极的保护元件对于迅速使可熔导体熔断，并且利用对绝缘基板热冲击的缓和、确保稳定的发热操作是有效的。

本公开含有涉及在2014年5月28日在日本专利局提交的日本优先权专利申请JP2014-110513中公开的主旨，其全部内容包括在此，以供参考。

本领域的技术人员应该理解，虽然根据设计要求及其他因素可能出现各种修改、组合、子组合和可替换项，但是它们均包含在附加的权利要求或它的等同物的范围内。

符号的说明

1：保护元件

2：绝缘基板

3：发热体

4：发热体引出电极

5：可熔导体

7：连接材料

10：外框体

11：第1电极

12：第2电极

13：绝缘部件

15：第1发热体电极

16：第2发热体电极

17：发热体连接电极

20：通孔

30：电池组件

31～34：电池单元

35：电池组

36：检测电路

37：电流控制元件

40：充放电控制电路

41，42：电流控制元件

43：控制部

45：充电装置

50：保护元件

51：吸引孔

52：导电层

53：背面电极

55：预备焊料

Claims (9)

1.一种保护元件，其具备：

绝缘基板；

多个发热体，配设在所述绝缘基板上；

发热体引出电极，分别与所述多个发热体电连接；以及

可熔导体，由所述发热体引出电极支撑。

2.根据权利要求1所述的保护元件，其中，所述发热体引出电极以分别与所述多个发热体局部重叠的方式配设。

3.根据权利要求2所述的保护元件，其中，

所述多个发热体以所述绝缘基板的中央作为境界，配设在该境界的两侧，

所述发热体引出电极配设在从所述绝缘基板的中央至其两侧的区域。

4.根据权利要求1所述的保护元件，其中，

所述可熔导体在所定的方向上延伸，

所述多个发热体各自具有以与所述可熔导体的延伸方向交叉的方向作为长度方向的矩形状的平面形状，

所述长度方向上的所述多个发热体各自的一端部与所述发热体引出电极连接，

所述长度方向上的所述多个发热体各自的另一端部与外部连接电极连接。

5.根据权利要求1所述的保护元件，其中，

所述可熔导体在所定的方向上延伸，

在与所述可熔导体的延伸方向交叉的方向上的所述多个发热体的一侧，外部连接电极以分别与该多个发热体对向的方式配设，

所述绝缘基板在没有配设所述多个发热体的区域中，通过所述外部连接电极固定在外部电路。

6.根据权利要求5所述的保护元件，其中，

在所述绝缘基板的表面配设有所述多个发热体，

在与所述绝缘基板的表面为相反侧的背面配设有连接端子部，

所述外部连接电极通过设于所述绝缘基板上的导电通孔与所述连接端子部连接，

所述连接端子部连接于所述外部电路。

7.根据权利要求5所述的保护元件，其中，

在所述绝缘基板的表面配设有所述多个发热体，

从所述绝缘基板的表面至相反侧的背面配设有焊桥，

所述外部连接电极通过所述焊桥连接于所述外部电路。

8.根据权利要求1所述的保护元件，其中，

所述绝缘基板具有在厚度方向上的吸引孔，

所述吸引孔吸引所述可熔导体的熔融物即熔融导体。

9.一种电池组件，其具备：

一个以上的电池单元；

保护元件，以能够阻断流过所述一个以上的电池单元的电流的方式，连接于该一个以上的电池单元；以及

电流控制元件，分别检测所述一个以上的电池单元的电压值且控制用于加热所述保护元件的电流，

所述保护元件具备：

绝缘基板；

多个发热体，配设在所述绝缘基板上；

发热体引出电极，分别与所述多个发热体电连接；以及

可熔导体，由所述发热体引出电极支撑。