CN106463315A - 熔丝单元 - Google Patents

Abstract

提供相对于水泄漏等的异常能够安全地使电气电路开路的熔丝单元。熔丝单元具备：熔丝元件（11）；以及电极（12），接近熔丝元件（11）而配置，由离子化倾向比熔丝元件（11）小的金属构成。由此，例如在熔丝元件（11）与电极（12）之间有水渗入的情况下，因电腐蚀作用而熔丝元件（11）的电流额定值下降，因此能够安全地使电气电路开路。

Description

熔丝单元

技术领域

本发明涉及当流过比额定值大的电流时因焦耳热而熔断，使电气电路开路的熔丝单元。本申请以在日本于2014年6月3日申请的日本专利申请号特愿2014－114535为基础主张优先权，该申请通过参照被引用至本申请。

背景技术

近年来，便携电话、笔记本PC等大多采用锂离子二次电池。锂离子二次电池因为重量能量密度高，所以为了确保用户及电子设备的安全，一般在电池组内置过充电保护、过放电保护等好几个保护电路，具有在特定的情况下切断电池组的输出的功能。然而，因水渍而电池的正极/负极绝缘嵌合部腐蚀的情况下，有电池内部的压力泄漏、安全阀不会正确发挥功能而关系到爆炸事故的风险。

针对水渍有附上探测湿润的痕迹的密封件（seal），发出警告的方案（例如，参照专利文献1），但是并不是限制使用电池，因此存在发生电路基板的水渍造成的迁移（migration）（绝缘劣化）或短路造成的电路误动作的担忧。另外，即便对于伴随电池异常的电解液的泄漏，也有发生与上述同等的不良的担忧。

现有技术文献

专利文献

专利文献1：日本特开平11－144695号公报

专利文献2：日本特开2000－162081号公报。

发明内容

发明要解决的课题

本发明鉴于这样的现有实际情况而提出，提供一种相对于水渍、电池液泄漏等的异常，能够安全地使电气电路开路的熔丝单元。

用于解决课题的方案

为了解决上述的课题，本发明所涉及的熔丝单元，其特征在于，具备：熔丝元件（fuseelement）；以及电极，接近所述熔丝元件而配置，由离子化倾向比所述熔丝元件小的金属构成。

发明效果

依据本发明，例如在熔丝元件与电极之间有水渗入的情况下，因电腐蚀作用而熔丝元件的电气电阻上升，额定电流值下降，因此能够安全地使电气电路开路。

附图说明

【图1】图1是示出熔丝单元的结构例的立体图。

【图2】图2是示意性地示出电腐蚀前的熔丝元件的立体图。

【图3】图3是示意性地示出电腐蚀后的熔丝元件的立体图。

【图4】图4是示出并联配置多个熔丝元件的熔丝单元的结构例的立体图。

【图5】图5是示出并联配置多个熔丝元件的熔丝单元的结构例的截面图。

【图6】图6是示出将熔丝单元用于锂离子二次电池的电池组内的电路的适用例的框图。

具体实施方式

以下，一边参照附图一边按下述顺序，对本发明的实施方式详细地进行说明。

1.熔丝单元的结构例

2.熔丝单元的适用例

＜1.熔丝单元的结构例＞

本实施方式所涉及的熔丝单元具备：熔丝元件；以及电极，接近熔丝元件而配置，由离子化倾向比熔丝元件小的金属构成。由于熔丝元件和电极接近，所以水渍、电池液泄漏等的异常时液体会侵入熔丝元件与电极之间，熔丝元件电腐蚀。由此，电气电阻上升、额定电流值下降，因此利用对熔丝元件的通电电流而自己切断，能够安全地使电气电路开路。

图1是示出熔丝单元的结构例的立体图。熔丝单元10具备：由平板构成的熔丝元件11；以及与熔丝元件11的中心部的两面对置地配置的电极12A、12B。熔丝元件11和电极12以水能够渗入的方式接近，其距离优选为0.01mm～10mm。另外，熔丝元件11与电极12之间的距离小的情况下，电场强度大且电腐蚀作用强，因此为了更加有效率地使电气电路开路，电极12之间的距离更优选为0.01～1mm。

熔丝元件11具有既定额定电流值，若通入超过额定电流值的电流则熔断。熔丝元件11优选从铝、铁、镍、锡、铅中选择的任一种为主成分。此外，在本说明书中，所谓主成分是指以材料全质量为基准，50wt％以上的成分。

电极12A、12B与熔丝元件11的中心部的两面对置地配置。另外，电极12A、12B优选以覆盖熔丝元件11的中心部的整个表面的方式配置，以增大熔丝元件11电腐蚀的物质量。

另外，电极12A、12B由离子化倾向比熔丝元件小的金属构成，优选从金、铂、银、铜、钯中选择的任一种为主成分。由此，在有水侵入熔丝元件11与电极12之间的情况下，由潮湿（卑）的金属构成的熔丝元件11成为正极而离子化（腐蚀），熔丝元件11变细或者发生针孔（pinhole），使得熔丝元件11的导体电阻上升，能够降低额定电流值。

另外，优选在熔丝元件11与电极12之间具备隔离物。另外，隔离物优选由网孔状、多孔质状等的绝缘体构成。由此，能够抑制熔丝元件11与电极12之间的直接短路，并且确保水或电解液的保持性。另外，隔离物优选载放NaCl等的电解质。由此，能够提高水或电解液的电导率，促进电腐蚀。

另外，也可以在熔丝元件11与电极12之间配置吸水性或吸湿性的绝缘物。另外，也可以设为：在熔丝元件11与电极12之间配置由溶胶、凝胶、或固体构成的绝缘物，利用水来发现导电性。另外，也可以设为：在熔丝元件11与电极12之间侵入由溶胶或凝胶构成的电解质时，发挥熔丝元件11的电腐蚀作用。

另外，优选熔丝元件11作为正极而连接，电极12作为负极而连接。由此，能够促进电腐蚀反应，能够快速降低熔丝元件11的额定电流值。

即，熔丝单元10构成切断电路，该切断电路具备：作为正极与直流电源串联连接而成的熔丝元件11；以及作为负极连接而成的电极12，该电极12接近熔丝元件11而配置，由离子化倾向比熔丝元件11小的金属构成。另外，具备用于向熔丝元件11通电的第1端子及第2端子、和将电极12作为负极而连接的第3端子，将第1端子及第2端子串联连接到正极的通电路径，将第3端子连接到负极或接地。

图2及图3分别是示意性地示出电腐蚀前及电腐蚀后的熔丝元件的立体图。如图2所示，电腐蚀前的熔丝元件11保持长方形（短形）形状。在有水侵入熔丝元件11与电极12之间的情况下，如图3所示由潮湿（卑）的金属构成的熔丝元件11成为正极而离子化（腐蚀），熔丝元件11变细或发生针孔。因此，熔丝元件11的导体电阻上升、额定电流值下降。由于随着导体电阻上升的发热，熔丝元件11与电极12之间的水或电解液有时会蒸发，但是额定电流值下降，所以利用对熔丝元件11的通电电流而自己切断，能够安全地使电气电路开路。

另外，熔丝单元不限于前述的结构例，例如，也可以并联配置多个熔丝元件，电极配置在熔丝元件之间。图4是示出并联配置多个熔丝元件的熔丝单元的结构例的立体图，图5是示出并联配置多个熔丝元件的熔丝单元的结构例的截面图。如图5所示，该熔丝单元依次层叠有第1电极22A、第1隔离物23A、第1熔丝元件21A、第2隔离物23B、第2电极22B、第3隔离物23C、第2熔丝元件21B、第4隔离物23D、第3电极22C、第5隔离物23E、第3熔丝元件21C、第6隔离物23F和第4电极22D。

第1～第3熔丝元件21A、21B、21C、第1～第4电极22A、22B、22C、22D及第1～第6隔离物23A、23B、23C、23D、23E、23F分别与前述的熔丝元件11、电极12及隔离物同样，在此省略说明。

这样通过并联配置多个熔丝元件，能够增大额定电流，并且能够促进有水侵入熔丝元件与电极之间的情况下的熔丝元件的电腐蚀。

＜2.熔丝单元的适用例＞

图6是示出将熔丝单元用于锂离子二次电池的电池组内的电路的适用例的框图。如图6所示，熔丝单元10例如装入具有由合计4个锂离子二次电池的电池单元31～34构成的电池堆栈35的电池组30而使用。

电池组30具备：电池堆栈35；控制电池堆栈35的充放电的充放电控制电路40；在异常时切断电池堆栈35的输出的熔丝单元10；以及检测各电池单元31～34的电压的检测电路36。

电池堆栈35串联连接了需要用于从过充电及过放电状态进行保护的控制的电池单元31～34，经由电池组30的正极端子30a、负极端子30b，可装卸地连接到充电装置45，被施加来自充电装置45的充电电压。通过将利用充电装置45充电的电池组30的正极端子30a、负极端子30b连接到用电池进行动作的电子设备，能够使该电子设备动作。

充放电控制电路40具备：在从电池堆栈35流入充电装置45的电流路径串联连接的两个电流控制单元41、42；以及控制这些电流控制单元41、42的动作的控制部43。电流控制单元41、42例如由场效应晶体管（以下，称为FET。）构成，利用控制部43控制栅极电压，从而控制电池堆栈35的电流路径的导通和切断。控制部43从充电装置45或电池堆栈35接受电力供给而动作，根据基于检测电路36的检测结果，控制电流控制单元41、42的动作，以在电池堆栈35处于过放电或过充电时，切断电流路径。

熔丝单元10具备：用于向熔丝元件11进行通电的第1端子及第2端子；以及作为负极而连接电极12的第3端子，例如，将第1端子及第2端子连接到电池堆栈35与充放电控制电路40之间的充放电电流路径上，将第3端子连接到负极侧。

检测电路36与各电池单元31～34连接，检测各电池单元31～34的电压值，当异常时向电流控制单元38输出信号而使之通电，通过保护单元37的动作来切断充放电电流路径。

保护单元37例如连接在电池堆栈35与充放电控制电路40之间的充放电电流路径上，其动作由电流控制单元38控制。保护单元10例如具有由可熔导体和发热体构成的电路结构，该发热体经由可熔导体的连接点而通电并发热，从而熔化可熔导体，可熔导体串联连接在充放电电流路径上，发热体与电流控制单元38连接。

电流控制单元38通过从检测电路36输出的检测信号进行控制，以在电池单元31～34的电压值成为超过既定过放电或过充电状态的电压时，使保护单元37动作，与电流控制单元31、32的开关动作无关地切断电池堆栈35的充放电电流路径。

依据这样的适用例，当水泄漏等异常时有水侵入熔丝元件11与电极12之间，熔丝元件11电腐蚀。由此，额定电流值下降，因此利用对熔丝元件11的通电电流而自己切断，能够安全地使电气电路开路。

此外，在上述异常时效率良好地使电气电路开路之上，如果熔丝元件11作为正极而连接，电极12作为负极而连接，则熔丝单元10的第3端子的连接地点并无特别限定。例如，通过将第3端子的连接地点设为检测电路36，能够检测出有水侵入熔丝元件11与电极12之间的情况。另外，也可以例如利用一次电池，使正极侧连接到熔丝元件11，使负极侧连接到第3端子。另外，也可以使第3端子接地。另外，原理上只要将离子化倾向不同的两个金属浸渍于电解液，离子化倾向大的金属电腐蚀，因此也可以使第3端子为开路状态。

标号说明

10　熔丝单元；11　熔丝元件；12　电极；21A、21B、21C　第1～第3熔丝元件；22A、22B、22C、22D　第1～第4电极；23A、23B、23C、23D、23D、23E、23F　第1～第6隔离物；30　电池组；30a　正极端子；30b　负极端子；31～34　电池单元；35　电池堆栈；36　检测电路；37　保护单元；38　电流控制单元；40　充放电控制电路；41、42　电流控制单元；43　控制部；45充电装置。

Claims (8)

1.一种熔丝单元，具备：

熔丝元件；以及

电极，接近所述熔丝元件而配置，由离子化倾向比所述熔丝元件小的金属构成。

2.如权利要求1所述的熔丝单元，其中，

所述熔丝元件以从铝、铁、镍、锡、铅中选择的任一种为主成分，

所述电极以从金、铂、银、铜、钯中选择的任一种为主成分。

3.如权利要求1或2所述的熔丝单元，其中，

所述熔丝元件由平板构成，

所述电极与所述熔丝元件的中心部的两面对置地配置。

4.如权利要求1至3的任一项所述的熔丝单元，其中，

在所述熔丝元件与所述电极之间具备隔离物。

5.如权利要求4所述的熔丝单元，其中，

所述隔离物载放电解质而成。

6.如权利要求1至5的任一项所述的熔丝单元，其中，

并联配置有多个所述熔丝元件，

所述电极在所述熔丝元件之间配置而成。

7.如权利要求1至6的任一项所述的熔丝单元，其中，

所述熔丝元件作为正极而连接，

所述电极作为负极连接而成。

8.一种切断电路，具备：

熔丝元件，作为正极与直流电源串联连接而成；以及

作为负极连接而成的电极，接近所述熔丝元件而配置，由离子化倾向比所述熔丝元件小的金属构成。