CN107533935B - 保护器件和熔丝器件 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种保护器件，能够缓和伴随熔丝元件的大型化而增大的应力，即使随着周围温度的变化也能维持稳定的熔断特性。具有第1电极12和第2电极13、跨在所述第1电极12、第2电极13之间连接的熔丝元件17以及支撑熔丝元件17的框体，熔丝元件17在与框体侧的构成构件之间隔着弹性构件20来固定。

Description

保护器件和熔丝器件

技术领域

本发明涉及保护器件和熔丝器件，该保护器件和熔丝器件使用了安装在电流通路中的、因流过超过额定的电流时的自身发热或者因发热体的发热而熔断从而阻断电流通路的熔丝元件。

本申请以在2015年5月28日在日本提出申请的日本专利申请号特愿2015-109098为基础主张优先权，该申请通过参照而被引用于本申请中。

背景技术

能够反复充电来利用的二次电池，大多都加工成电池组来提供给用户。尤其是，对于重量能量密度高的锂离子二次电池，为了确保用户和电子设备的安全，一般会在电池组中内置过充电保护、过放电保护等若干个保护电路，具有在规定的情形下阻断电池组的输出的功能。

这样的保护器件中，有时通过使用在电池组中内置的FET开关来进行输出的启动和关闭(ON/OFF)，从而进行电池组的过充电保护或者过放电保护的动作。但是，在FET开关因某些原因而发生短路损坏时、因施加雷涌等流过瞬间大电流时、或者因电池单元的寿命而导致输出电压异常降低或相反地输出过大异常电压时，就需要保护电池组、电子设备免于起火等事故。对此，即使在这样的可想到的异常状态下，为了安全地阻断电池单元的输出，使用了由具有通过来自外部的信号来阻断电流通路的功能的熔丝构成的保护器件。

如图19(A)和图19(B)所示，作为用于这样的锂离子二次电池等的保护电路的保护器件100，有如下的保护器件：将在绝缘基板101上形成的连接于电流通路上的第1电极102和第2电极103、以及跨在第1电极102和第2电极103之间的熔丝元件104连接，构成电流通路的一部分，使该电流通路上的熔丝元件104通过因过电流产生的自身发热或者因设置于保护器件100内部的发热体105来熔断。这样的保护器件100中，通过将熔融的液体状的熔丝元件104集中到第1电极102和第2电极103上以及集中到与设置于第1电极102和第2电极103间的发热体105连接的发热体引出电极107上，来阻断电流通路。

此外，在如图19中记载的这样的保护器件100中，为了在通过回流焊接等进行安装时的加热下不熔融，作为熔丝元件104，一般使用加入了熔点为300℃以上的Pb的高熔点焊料。此外，如果加热熔丝元件104，就会产生氧化而阻碍熔断，因此，为了除去在熔丝元件104上生成的氧化膜，同时提高熔丝元件104的润湿性，还进行助焊剂106的层叠。

现有技术文献

专利文献

专利文献1：日本特许第2790433号公报

专利文献2：日本特开2010-003665号公报

发明内容

发明要解决的课题

伴随着近年来锂离子二次电池的高容量化、高输出化，对于面向锂离子二次电池的保护电路的保护器件100，也要求提高其额定。为了提高额定、流过更多的电流，要求降低熔丝元件104的导体电阻，熔丝元件104的大型化是必须的。

在此，由于熔丝元件104以Pb、Sn等金属为主成分，一般而言线膨胀系数大。因此，熔丝元件104会因在安装有保护器件100的电子设备的使用环境中的周围温度，而反复膨胀和收缩。但是，由于熔丝元件104是通过连接用焊料等来与第1电极102、第2电极103和发热体引出电极107固定，因此与膨胀、收缩相伴随的应力会作用于连接用焊料、各电极102、103、107或者熔丝元件104。这样的应力会伴随着熔丝元件104的体积大型化而增大。

此外，由于作为绝缘基板101主要使用陶瓷，线膨胀系数与作为金属的熔丝元件104相比非常小。因此，通过周围温度的变动，在熔丝元件104与绝缘基板101之间也产生应力，在熔丝元件104自身、熔丝元件104与第1电极102、第2电极103、发热体引出电极107的接合部位、熔丝元件104与各电极102、103、107不接合的熔断部位，会有应力变形集中、发生损坏的危险。

这样，如果在熔丝元件104、与熔丝元件104的接合部位产生断裂，就会有熔断特性发生变动、因规定的温度、过电流而不熔断或者熔断时间延迟等不能维持规定的熔断特性的危险。

对此，本发明的目的在于，提供一种保护器件和熔丝器件，能够缓和伴随熔丝元件的大型化而增大的应力，即使随着周围温度的变化也能维持稳定的熔断特性。

解决课题的方法

为了解决上述课题，本发明所涉及的保护器件具有第1电极和第2电极、跨在所述第1电极、第2电极之间连接的熔丝元件、以及支撑所述熔丝元件的框体，所述熔丝元件在与所述框体侧的构成构件之间隔着弹性构件来固定。

此外，本发明所涉及的熔丝器件具有第1电极和第2电极、跨在所述第1电极、第2电极之间连接的熔丝元件、以及支撑所述熔丝元件的框体，所述熔丝元件在与所述框体侧的构成构件之间隔着弹性构件来固定。

发明效果

根据本发明，通过使弹性构件存在于器件框体侧的构成构件与熔丝元件之间，能够吸收、缓和伴随温度环境变化而产生的应力，能够防止在熔丝元件、器件框体侧的构成构件中产生断裂。

附图说明

[图1]图1是显示适用本发明的保护器件的图，(A)是显示省略了覆盖构件的平面图，(B)是(A)的X-X’截面图。

[图2]图2是显示伴随着熔丝元件因温度变化而产生的伸缩，弹性构件追随并缓和应力的状态的图，(A)是显示熔丝元件膨胀时的截面图，(B)是显示熔丝元件收缩时的截面图。

[图3]图3是显示使用了在芯材中含浸有助焊剂的弹性构件的保护器件的截面图。

[图4]图4是显示通过在第1电极、第2电极上设置的弹性构件来接合熔丝元件的保护器件的截面图。

[图5]图5是显示在绝缘基板的背面设置了发热体的保护器件的截面图。

[图6]图6是显示在第1电极、第2电极和发热体引出电极上设置了弹性构件的保护器件的截面图。

[图7]图7是显示弹性构件设置于绝缘层上并且存在于与熔丝元件的熔断部之间的保护器件的截面图。

[图8]图8是显示弹性构件设置于覆盖构件并且存在于与熔丝元件之间的保护器件的截面图。

[图9]图9是显示使用独立于器件框体而被支撑的金属板作为第1电极、第2电极的保护器件的截面图。

[图10]图10是显示在图9所示的保护器件中，弹性构件设置于绝缘层上并且存在于与熔丝元件的熔断部之间的保护器件的截面图。

[图11]图11是显示在图9所示的保护器件中，弹性构件设置于覆盖构件并且存在于与熔丝元件之间的保护器件的截面图。

[图12]图12是搭载了保护器件的电池组的电路图。

[图13]图13是保护器件的电路图，(A)显示熔丝元件熔断前的状态，(B)显示熔丝元件熔断后的状态。

[图14]图14是显示保护器件的运作状态的截面图，(A)显示发热体由于通电而开始发热的状态，(B)显示熔丝元件开始熔融的状态，(C)显示熔丝元件熔断了的状态。

[图15]图15是显示适用本发明的熔丝器件的截面图。

[图16]图16是熔丝器件的电路图，(A)显示熔丝元件熔断前的状态，(B)显示熔丝元件熔断后的状态。

[图17]图17是显示弹性构件设置于绝缘基板上并且存在于与熔丝元件的熔断部之间的熔丝器件的截面图。

[图18]图18是显示弹性构件设置于覆盖构件并且存在于与熔丝元件之间的熔丝器件的截面图。

[图19]图19是显示省略了覆盖构件的以往的保护器件的图，(A)是外观立体图，(B)是截面图。

具体实施方式

以下，对于适用本发明的保护器件和熔丝器件，一边参照附图一边进行详细地说明。需要说明的是，本发明并不仅仅限定于以下的实施方式，当然可以在不脱离本发明的宗旨的范围内进行各种改变。此外，附图仅是示意图，各尺寸的比例等有时与现实会有所不同。具体的尺寸等应该参考以下的说明来判断。此外，当然，在附图相互之间也包含相互尺寸关系、比例不同的部分。

[保护器件的构成]

如图1的(A)、(B)所示，适用本发明的保护器件10具有绝缘基板11、层叠于绝缘基板11并覆盖绝缘层15的发热体14、在绝缘基板11的两端形成的第1电极12和第2电极13、在绝缘层15上按照与发热体14重叠的方式层叠的发热体引出电极16、以及两端分别连接于第1电极12、第2电极13且中央部连接于发热体引出电极16的熔丝元件17，在绝缘基板11上安装有保护内部的覆盖构件18。

而且，保护器件10中，由形成于绝缘基板11的第1电极12、第2电极13、发热体14、绝缘层15、发热体引出电极16和覆盖构件18构成器件框体，熔丝元件17在与这些器件框体侧的构成构件之间隔着弹性构件20来固定。

绝缘基板11使用例如氧化铝、玻璃陶瓷、莫来石、氧化锆等具有绝缘性的构件，形成为例如大致方形。除此之外，绝缘基板11还可以使用在玻璃环氧基板、苯酚基板等印刷配线基板中所使用的材料。

在绝缘基板11相对的两端部，形成第1电极12、第2电极13。第1电极12、第2电极13分别由Ag、Cu等导电图案形成。此外，第1电极12、第2电极13隔着雉堞体(Castellation)通过绝缘基板11的表面11a与在背面11b形成的第1外部连接电极12a、第2外部连接电极13a连接。通过使在背面11b形成的第1外部连接电极12a、第2外部连接电极13a连接至在安装有保护器件10的电池电路等的电路基板中设置的连接电极，使保护器件10组装到在电路基板上形成的电流通路的一部分中。

发热体14是电阻值较高且通电时发热的具有导电性的构件，例如由镍铬合金、W、Mo、Ru等或者含有这些的材料构成。发热体14通过将这些的合金或者组合物、化合物的粉状体与树脂粘合剂等混合成糊状，并使用丝网印刷技术在绝缘基板11上形成图案，并通过烧成等来形成。

此外，保护器件10设置绝缘层15以覆盖发热体14，隔着该绝缘层15形成发热体引出电极16以与发热体14相对。发热体引出电极16与熔丝元件17相连接，由此，发热体14隔着绝缘层15和发热体引出电极16与熔丝元件17重叠。绝缘层15是为了在实现对发热体14的保护和绝缘的同时将发热体14的热高效地传输给熔丝元件17而设置，例如由玻璃层构成。需说明的是，保护器件10为了将发热体14的热高效地传输给熔丝元件17，也可以在发热体14和绝缘基板11之间层叠绝缘层15。

需说明的是，保护器件10中，发热体14也可以形成在与形成有第1电极12、第2电极13的绝缘基板11的表面11a相反侧的背面11b，或者，还可以在绝缘基板11的表面11a且与第1电极12、第2电极13邻接地形成。此外，保护器件10也可以将发热体14形成在绝缘基板11的内部。

此外，发热体14的一端与发热体引出电极16连接，另一端与发热体电极19连接。发热体引出电极16具有下层部16a和上层部16b，其中，下层部16a形成在绝缘基板11的表面11a上并且与发热体14相连接，上层部16b与发热体14相对地层叠于绝缘层15上并且与熔丝元件17相连接。由此，发热体14经由发热体引出电极16与熔丝元件17电连接。需说明的是，发热体引出电极16隔着绝缘层15与发热体14相对配置，由此，在使熔丝元件17熔融的同时，易于使熔融导体凝聚。

此外，发热体电极19形成在绝缘基板11的表面11a上，介由雉堞体与在绝缘基板11的背面11b形成的发热体供电电极19a(参照图13(A))连接。

保护器件10中，熔丝元件17在从第1电极12经过发热体引出电极16直至第2电极13的范围内被连接。熔丝元件17用作保护器件10的可熔导体，通常使用时使第1电极12、第2电极13间导通，构成组装有保护器件10的外部电路的电流通路的一部分。而且，熔丝元件17通过因流过超过额定的电流而自身发热(焦耳热)从而熔断、或者因发热体14的发热而熔断，将第1电极12、第2电极13之间阻断。

熔丝元件17通过因发热体14的发热、自身发热而快速熔断的材料构成，例如能够合适地使用以Sn为主成分的无Pb焊料等低熔点金属。此外，熔丝元件17也可以使用In、Pb、Ag、Cu等的合金，或者还可以是以Sn为主成分的无Pb焊料等低熔点金属与Ag、Cu或以这些为主成分的合金等高熔点金属的层叠体。

熔丝元件17能够介由设置于第1电极12、第2电极13的连接用焊料21，通过回流焊接而容易地进行连接。

保护器件10通过将熔丝元件17隔着绝缘层15和发热体引出电极16设置在与发热体14重叠的位置上，能够将发热体14所发出的热高效地传输至熔丝元件17，能够快速地使熔丝元件17熔断。

需说明的是，保护器件10为了提高额定并流过更多电流，需要降低熔丝元件17的导体电阻。因此，保护器件10增加熔丝元件17的体积而大型化。

图1所示的熔丝元件17通过连接用焊料21等连接材料连接至第1电极12、第2电极13，并且与弹性构件20相连接，该弹性构件20存在于与保护器件10的设置于器件框体侧的发热体引出电极16之间。

[弹性构件20]

弹性构件20是用于缓和应力的构件，该应力是伴随着安装有保护器件10的电子设备的使用环境的温度变化，由熔丝元件17与发热体引出电极16、第1电极12、第2电极13等器件框体侧的构成部件的线膨胀系数之差而产生的应力。即，熔丝元件17可以由Sn等金属材料形成，其线膨胀系数比由陶瓷等形成的绝缘基板11大。因此，如果周围的温度上升，则在用连接用焊料21固定于第1电极12、第2电极13上的熔丝元件17与形成于绝缘基板11上的第1电极12、第2电极13、发热体引出电极16之间会产生应力。

例如，在将保护器件10用于电动汽车用的锂离子电池时，根据使用环境的不同，可以想象其温度变化的范围也很大。因此，保护器件10通过这样的温度循环而使得熔丝元件17、绝缘基板11等器件框体侧的构成部件反复膨胀和收缩，在熔丝元件17与器件框体侧之间，会产生对应于线膨胀系数之差的应力变形。

弹性构件20存在于器件框体侧的发热体引出电极16与熔丝元件17之间，从而能够吸收、缓和该应力，能够防止在发热体引出电极16、熔丝元件17中产生断裂。

例如，如图2所示，保护器件10随着温度变化，熔丝元件17在第1电极12与发热体引出电极16之间以及第2电极13与发热体引出电极16之间产生膨胀(图2(A))或者收缩(图2(B))，在发热体引出电极16上产生应力集中，另一方面，即使相对于熔丝元件17的变化量，绝缘基板11等器件框体侧的变化量小而应力变形大的情况下，在发热体引出电极16上设置的弹性构件20能够追随熔丝元件17的膨胀变化而变形，能够缓和在熔丝元件17、发热体引出电极16等器件框体侧所产生的应力。

由此，保护器件10在熔丝元件17、器件框体侧的第1电极12、第2电极13、发热体引出电极16等与熔丝元件17的接合部位不会产生断裂。因此，保护器件10中，熔丝元件17会因发热体14的发热而在规定的时间熔断，或者在过电流流过时在规定的时间熔断，能够维持熔断特性。

需说明的是，弹性构件20只要为能够缓和在熔丝元件17与器件框体侧之间产生的应力的弹性构件即可，还可以具有弹性、粘弹性中的任一种性质。

弹性构件20存在于发热体引出电极16与熔丝元件17之间时，具有导电性。由此，熔丝元件17和发热体引出电极16经由弹性构件20电连接。弹性构件20可以通过在具有弹性的芯材20a上由焊料涂覆、镀银等进行导电被覆而形成导电层20b，从而具有弹性和导电性。需说明的是，弹性构件20也可以不形成导电层20b，仅由具有弹性和导电性的构件形成。

此外，弹性构件20通过在表面由焊料等具有导电性的接合材料形成导电层20b，能够由该导电层20b将熔丝元件17接合于发热体引出电极16上。

弹性构件20优选使用具有弹性的导电材料来作为具有弹性的芯材。例如，弹性构件20可以通过使用应用了导电性纤维等线状导电材料而成的片状的织布或者无纺布，进行适宜的焊料涂覆、镀银等导电被覆来形成。

此外，弹性构件20还可以使用多孔质性的材料，例如使用PTFE(聚四氟乙烯)等多孔质的树脂片来作为芯材20a，通过进行焊料涂覆、镀银等导电被覆来设置导电层20b，从而形成。

需说明的是，保护器件10中，隔着发热体引出电极16和弹性构件20将发热体14的热传输给熔丝元件17来加热，因此，作为弹性构件20优选使用导热性优异的材料。

此外，如图3所示，弹性构件20使用导电性纤维、多孔质材料来形成，并且，还可以含浸防止熔丝元件17的氧化、促进熔融的助焊剂22等熔融促进剂。由此，弹性构件20如果受到发热体14的加热，则含浸的助焊剂22渗出，能够防止熔丝元件17的氧化。由此，保护器件10能够促进熔丝元件17的熔融，使第1电极12、第2电极13之间快速地阻断。

需说明的是，弹性构件20使用由线状绝缘材料构成的织布或者无纺布作为芯材20a，并且还可以含浸促进熔丝元件17熔融的助焊剂22等熔融促进剂。这种情况下，弹性构件20可通过由适宜的焊料涂覆、镀银等进行导电被覆来形成导电层20b，从而具备导电性。

[助焊剂]

此外，保护器件10为了防止熔丝元件17的氧化、除去熔断时的氧化物以及提高焊料的流动性，还可以在熔丝元件17的表面、背面涂覆助焊剂22。通过涂覆助焊剂22，在保护器件10实际使用时，能提高熔丝元件17(例如焊料)的润湿性，同时除去熔丝元件17熔融期间的氧化物，提高快速熔断性。

此外，通过涂覆助焊剂22，即使在熔丝元件17的表面形成了以Sn为主成分的无Pb焊料等的抗氧化膜时，也能够除去该抗氧化膜的氧化物，有效地防止熔丝元件17的氧化，维持并提高快速熔断性。

需说明的是，第1电极12、第2电极13、发热体引出电极16和发热体电极19例如由Ag、Cu等的导电图案来形成，优选适宜地在表面形成镀Sn、镀Ni/Au、镀Ni/Pd、镀Ni/Pd/Au等保护层。由此，在防止表面氧化的同时，还能够抑制因熔丝元件17的连接用焊料21等连接材料造成的第1电极12、第2电极13和发热体引出电极16的侵蚀。

[覆盖构件]

此外，保护器件10在设置了熔丝元件17的绝缘基板11的表面11a上，安装保护内部且防止熔融的熔丝元件17飞散的覆盖构件18。覆盖构件18可以由各种工程塑料、陶瓷等具有绝缘性的构件形成。覆盖构件18通过绝缘性粘接剂连接到绝缘基板11的表面11a上，从而覆盖熔丝元件17。

这样的保护器件10形成连通至发热体供电电极19a、发热体电极19、发热体14、发热体引出电极16、弹性构件20乃至熔丝元件17向发热体14的通电通路。此外，保护器件10中，发热体电极19经由发热体供电电极19a与向发热体14通电的外部电路连接，通过该外部电路控制从发热体电极19至熔丝元件17范围内的通电。

此外，保护器件10通过将熔丝元件17与发热体引出电极16连接来构成向发热体14的通电通路的一部分。因此，保护器件10如果熔丝元件17熔融、阻断与外部电路的连接，则也会阻断向发热体14的通电通路，因而能够停止发热。

[变形例1]

需说明的是，图1中所示的保护器件10仅在发热体引出电极16上设置弹性构件20来支撑熔丝元件17，但也可以如图4所示，在第1电极12、第2电极13上设置弹性构件20，在发热体引出电极16上设置连接用焊料21。图4所示的保护器件30通过在第1电极12上设置的弹性构件20，能够吸收、缓和在第1电极12和发热体引出电极16之间的应力，通过在第2电极13上设置的弹性构件20，能够吸收、缓和在第2电极13和发热体引出电极16之间的应力。

需说明的是，保护器件30如上所述，还可以将发热体14形成在绝缘基板11的背面11b。此时，保护器件30如图5所示，优选发热体引出电极16夹着绝缘基板11与发热体14重叠，并且通过连接用焊料21将熔丝元件17连接到发热体引出电极16。由此，能够经由发热体引出电极16和连接用焊料21将发热体14的热高效地传输给熔丝元件17，在发热体14发热后，能够快速地使熔丝元件17熔断。

[变形例2]

此外，如图6所示，保护器件还可以在第1电极12、第2电极13上和发热体引出电极16上，设置由焊料等接合材料形成了导电层20b的弹性构件20。图6所示的保护器件40中，熔丝元件17通过弹性构件20的导电层20b接合到第1电极12、第2电极13上和发热体引出电极16上，并实现电导通。此外，图6所示的保护器件40通过在第1电极12、第2电极13上和发热体引出电极16上设置的各弹性构件20来吸收、缓和熔丝元件17与器件框体侧之间的应力。

[变形例3]

此外，如图7所示，保护器件还可以在绝缘层15上设置弹性构件20。图7所示的保护器件50中，熔丝元件17通过连接用焊料21接合到第1电极12、第2电极13上和发热体引出电极16上，并且实现电导通。此外，保护器件50在第1电极12和发热体引出电极16之间以及在第2电极13和发热体引出电极16之间的熔断部17a，连接有在绝缘层15上设置的弹性构件20。熔丝元件17的熔断部17a是指跨在发热体引出电极16和第1电极12、第2电极13之间连接的熔丝元件17中的熔断部位，具体而言，是指发热体引出电极16与第1电极12之间以及发热体引出电极16与第2电极13之间。

该保护器件50通过连接用焊料21将熔丝元件17接合到第1电极12、第2电极13上和发热体引出电极16上，从而发生膨胀和伸缩的部位就成为没有固定到这些各电极12、13、16的熔断部17a，因而通过在该熔断部17a上设置弹性构件20，能够有效地吸收、缓和熔丝元件17与器件框体侧之间的应力。

需说明的是，图7所示的保护器件50中也可以通过在第1电极12、第2电极13和发热体引出电极16中的一个以上的部位设置弹性构件20来接合熔丝元件17。

[变形例4]

此外，如图8所示，保护器件还可以在覆盖熔丝元件17的覆盖构件18上设置弹性构件20。图8所示的保护器件60中，熔丝元件17通过连接用焊料21接合到第1电极12、第2电极13上和发热体引出电极16上，并实现电导通。此外，保护器件60中，弹性构件20接合于熔丝元件17和覆盖构件18。在覆盖构件18上设置的弹性构件20没有必要一定具备导电性。

该保护器件60通过在熔丝元件17和作为器件框体侧的构成构件的覆盖构件18之间存在弹性构件20，将熔丝元件17和器件框体侧之间的应力作用到覆盖构件18侧，由与覆盖构件18连接的弹性构件20来吸收、缓和。

此外，在保护器件60中，也可以在发热体引出电极16上设置弹性构件20而与熔丝元件17连接，从而用弹性构件20夹持熔丝元件17的两个面。由此，保护器件60能够在绝缘基板11侧和覆盖构件18侧的两侧，有效地吸收、缓和熔丝元件17和器件框体侧之间的应力。

需说明的是，保护器件60除了覆盖构件18之外，还可以在第1电极12、第2电极13、发热体引出电极16以及绝缘基板11与熔断部17a之间的一个以上的部位设置弹性构件20并连接至熔丝元件17，从而用弹性构件20夹持熔丝元件17的两个面。

[变形例5]

此外，如图9所示，保护器件中，第1电极12、第2电极13还可以由独立于器件框体而被支撑的金属板构成。图9所示的保护器件70中，第1电极12、第2电极13由能够应对大电流用途的金属板构成，通过螺栓固定在未图示的外部电路基板等支撑构件上来受到支撑。绝缘基板11上设置有发热体14、绝缘层15、发热体引出电极16和弹性构件20。而且，保护器件70中，熔丝元件17经由连接用焊料21与第1电极12、第2电极13连接，同时，连接于在与发热体引出电极16之间存在的弹性构件20。图9所示的保护器件70通过在发热体引出电极16上设置的弹性构件20来吸收、缓和熔丝元件17与由未图示的支撑机构所支撑的第1电极12、第2电极13及器件框体侧之间的应力。

此外，保护器件70也可以在第1电极12、第2电极13上设置弹性构件20，与发热体引出电极16上设置的弹性构件20一起来吸收应力。此外，保护器件70还可以在第1电极12、第2电极13和发热体引出电极16的一个以上的部位设置弹性构件20。

进一步，如图10所示，保护器件70还可以在发热体引出电极16上设置弹性构件20，同时，在绝缘层15上也设置弹性构件20，来吸收、缓和在熔丝元件17的熔断部17a的应力。此外，保护器件70也可以仅在绝缘层15上设置弹性构件20，而在第1电极12、第2电极13和发热体引出电极16上设置连接用焊料21。或者，保护器件70也可以在绝缘层15上设置弹性构件20，同时，在第1电极12、第2电极13和发热体引出电极16的一个以上的部位设置弹性构件20。

此外，如图11所示，保护器件70也可以在覆盖构件18设置弹性构件20。在覆盖构件18设置的弹性构件20并不需要一定具备导电性。此外，保护器件70还可以在覆盖构件18设置弹性构件20的同时，在第1电极12、第2电极13、发热体引出电极16和绝缘层15的一个以上的部位设置弹性构件20。

[保护器件的使用方法]

接下来，对这些保护器件10、30、40、50、60、70的使用方式进行说明。需说明的是，以下虽针对保护器件10来进行说明，但对于保护器件30、40、50、60、70也是同样的。如图12所示，保护器件10组装到例如锂离子二次电池的电池组80内的电路中来使用。电池组80具有例如由合计4个锂离子二次电池的电池单元81a～81d构成的电池包82。

电池组80具有电池包82、控制电池包82的充放电的充放电控制电路83、在电池包82异常时阻断充电的适用本发明的保护器件10、检出各电池单元81a～81d的电压的检出电路84以及根据检出电路84的检出结果来控制保护器件10的运作的电流控制器件85。

电池包82是将需要进行控制以保护免于过充电和过放电状态的电池单元81a～81d进行串联连接而成的，通过电池组80的正极端子80a、负极端子80b可装卸地连接至充电装置86，施加来自充电装置86的充电电压。由充电装置86进行充电的电池组80通过将正极端子80a、负极端子80b连接至由电池驱动的电子设备，从而使该电子设备运作。

充放电控制电路83具有在从电池包82流向充电装置86的电流通路中串联连接的2个电流控制器件87、88以及控制这些电流控制器件87、88的运作的控制部89。电流控制器件87、88例如由电场效应晶体管(以下称为“FET”)构成，通过由控制部89控制门电压，来控制电池包82的电流通路的导通和阻断。控制部89接收来自充电装置86的电力供给而运作，根据由检出电路84产生的检出结果，控制电流控制器件87、88运作以便在电池包82过放电或者过充电时阻断电流通路。

保护器件10连接在例如电池包82和充放电控制电路83之间的充放电电流通路上，其运作由电流控制器件85来控制。

检出电路84与各电池单元81a～81d连接，检出各电池单元81a～81d的电压值，并将各电压值供给至充放电控制电路83的控制部89。此外，检出电路84在任何一个电池单元81a～81d出现过充电电压或者过放电电压时，输出控制电流控制器件85的控制信号。

电流控制器件85例如由FET构成，基于从检出电路84输出的检出信号，在电池单元81a～81d的电压值超过规定的过放电或者过充电状态的电压时，使保护器件10运作并进行控制，以使得不通过电流控制器件87、88的开关动作而阻断电池包82的充放电电流通路。

在由以上这样的构成形成的电池组80中，适用本发明的保护器件10具有如图13所示的电路构成。即，保护器件10是具有熔丝元件17和发热体14的电路构成，其中，熔丝元件17跨在第1外部连接电极12a、第2外部连接电极13a之间隔着发热体引出电极16串联连接，发热体14经由熔丝元件17的连接点来通电并发热而使熔丝元件17熔融。此外，保护器件10中，例如，熔丝元件17经由第1外部连接电极12a、第2外部连接电极13a串联连接到电池组80的充放电电流通路上，发热体14经由发热体电极19的发热体供电电极19a与电流控制器件85相连接。保护器件10的第1外部连接电极12a连接至电池包82的一个开放端侧，第2外部连接电极13a连接至电池组80的正极端子80a侧。

[熔断工序]

在由这样的电路构成形成的保护器件10中，在需要对电池组80的电流通路进行阻断时，如图14(A)所示，由在电池组80中设置的电流控制器件85对发热体14通电，使之发热。由此，如图14(B)所示，保护器件10通过发热体14的发热，组装于电池组80的电流通路上的熔丝元件17熔融，熔丝元件17的熔融导体被吸引到润湿性高的发热体引出电极16和第1电极12、第2电极13，从而熔丝元件17熔断。由此，如图14(C)所示，保护器件10使第1电极12～发热体引出电极16～第2电极13之间确实地熔断(图13(B))，能够阻断电池组80的电流通路。此外，通过熔丝元件17的熔断，也停止了对发热体14的供电。

需说明的是，本发明的保护器件10不限于在锂离子二次电池的电池组中使用的情形，当然能够应用于需要通过电信号对电流通路进行阻断的各种用途中。

[熔丝器件]

接下来，对适用本发明的熔丝器件进行说明。需说明的是，对于与上述保护器件10同样的构件赋予相同的符号，省略其详细说明。如图15所示，适用本发明的熔丝器件90具有绝缘基板11、在绝缘基板11的两端形成的第1电极12和第2电极13以及两端分别连接至第1电极12、第2电极13并使第1电极12、第2电极13间导通的熔丝元件17，在绝缘基板11上安装有保护内部的覆盖构件18。

而且，熔丝器件90通过在绝缘基板11上形成的第1电极12、第2电极13和覆盖构件18构成器件框体，熔丝元件17在与这些器件框体侧的构成构件之间隔着弹性构件20来固定。

例如，熔丝器件90中，熔丝元件17隔着弹性构件20连接到第1和第2电极12、13上。弹性构件20通过由焊料等接合材料构成导电层20a，能够使得熔丝元件17可导通地连接到第1电极12、第2电极13上。

而且，熔丝器件90由于在器件框体侧的第1电极12、第2电极13与熔丝元件17之间存在弹性构件20，即使周围温度变化而熔丝元件17发生膨胀或者收缩时，也能吸收、缓和第1电极12、第2电极13与熔丝元件17之间的应力，能够防止在第1电极12、第2电极13、熔丝元件17中产生断裂。

[电路构成]

这样的熔丝器件90具有图16(A)中所示的电路构成。熔丝器件90经由第1外部连接电极12a、第2外部连接电极13a安装到外部电路，从而组装到该外部电路的电流通路上。熔丝器件90在熔丝元件17中流过规定的额定电流期间，即便自身发热也不会熔断。而且，熔丝器件90如果通电流过超过额定的过电流，则会因熔丝元件17自身发热而熔断，将第1电极12、第2电极13之间阻断，从而阻断该外部电路的电流通路(图16(B))。

[变形例6]

此外，熔丝器件如图17所示，还可以在绝缘基板11上设置弹性构件20。图17所示的熔丝器件91中，弹性构件20不是设置在第1电极12、第2电极13上而是设置在绝缘基板11上，从而弹性构件20连接到熔丝元件17的位于第1电极12与第2电极13之间的熔断部17a。熔丝器件91中，熔丝元件17的熔断部17a是指在跨在第1电极12、第2电极13之间连接的熔丝元件17中的熔断部位，具体而言，是指第1电极12与第2电极13之间。

这样的熔丝器件91中，熔丝元件17通过连接用焊料21接合到第1电极12、第2电极13上，从而发生膨胀和伸缩的部位就成为没有固定在这些各电极12、13上的熔断部17a，因而通过在该熔断部17a设置弹性构件20，能够有效地吸收、缓和熔丝元件17与器件框体侧之间的应力。

需说明的是，对于熔丝器件91，也可以在第1电极12、第2电极13的一个以上的部位设置弹性构件20来接合熔丝元件17。

[变形例7]

此外，如图18所示，熔丝器件还可以在覆盖构件18设置弹性构件20。图18所示的熔丝器件92中，熔丝元件17通过连接用焊料21接合到第1电极12、第2电极13上，并且实现电导通。此外，熔丝器件92中，弹性构件20来接合于熔丝元件17和覆盖构件18。设置于覆盖构件18的弹性构件20不需要一定具有导电性。

这样的熔丝器件92通过在熔丝元件17和作为器件框体侧的构成构件的覆盖构件18之间存在弹性构件20，使得熔丝元件17与器件框体侧之间的应力作用于覆盖构件18侧，由连接至覆盖构件18的弹性构件20吸收、缓和。

此外，熔丝器件92还可以在绝缘基板11上也设置弹性构件20，由弹性构件20夹持熔丝元件17的两个面。由此，熔丝器件92在绝缘基板11侧和覆盖构件18侧的两个面上，能够有效地吸收、缓和熔丝元件17与器件框体侧之间的应力。

需说明的是，熔丝器件92除了覆盖构件18之外，也可以在第1电极12、第2电极13及绝缘基板11与熔断部17a之间的一个以上的部位设置弹性构件20，从而由弹性构件20夹持熔丝元件17的两个面。

符号说明

10、30、40、50、60、70保护器件；11绝缘基板；12第1电极；13第2电极；14发热体；15绝缘层；16发热体引出电极；17熔丝元件；17a熔断部；18覆盖构件；19发热体电极；19a发热体供电电极；20弹性构件；20a芯材；20b导电层；21连接用焊料；22助焊剂；80电池组；81a～81d电池单元；82电池包；83充放电控制电路；84检出电路；85电流控制器件；86充电装置；87、88电流控制器件；89控制部；90、91、92熔丝器件。

Claims (21)

1.一种保护器件，具有：

第1电极和第2电极，

跨在所述第1电极、第2电极之间连接的熔丝元件，

支撑所述熔丝元件的框体，

构成所述框体且设置有所述第1电极、第2电极的绝缘基板，

设置于所述绝缘基板的发热体，

被覆所述发热体的绝缘层，以及

设置在所述绝缘层上、与所述发热体连接且与所述熔丝元件连接的发热体引出电极；

所述熔丝元件在与所述框体侧的构成构件之间隔着弹性构件来固定，在所述熔丝元件与所述第1电极、所述第2电极或者所述发热体引出电极的一个以上的部位之间，存在具有导电性的所述弹性构件。

2.如权利要求1所述的保护器件，

所述熔丝元件通过所述弹性构件与所述第1电极、所述第2电极或者所述发热体引出电极的一个以上的部位接合。

3.如权利要求1所述的保护器件，具有：

所述熔丝元件在与所述绝缘层之间隔着所述弹性构件来固定。

4.如权利要求1～3中任一项所述的保护器件，

具有构成所述框体且覆盖所述熔丝元件的覆盖构件；

所述熔丝元件在与所述覆盖构件之间隔着所述弹性构件来固定。

5.如权利要求1～3中任一项所述的保护器件，

所述第1电极、第2电极是独立于所述框体而被支撑的金属板。

6.如权利要求1～3中任一项所述的保护器件，所述弹性构件使用多孔质材料。

7.如权利要求1～3中任一项所述的保护器件，所述弹性构件使用由线状的导电材料构成的织布或者无纺布。

8.如权利要求6所述的保护器件，所述弹性构件含浸有促进所述熔丝元件熔融的材料。

9.如权利要求7所述的保护器件，所述弹性构件含浸有促进所述熔丝元件熔融的材料。

10.如权利要求1～3中任一项所述的保护器件，所述弹性构件使用由线状的绝缘材料构成的织布或者无纺布，并且含浸有促进所述熔丝元件熔融的材料。

11.如权利要求4所述的保护器件，所述弹性构件使用由线状的绝缘材料构成的织布或者无纺布，并且含浸有促进所述熔丝元件熔融的材料。

12.一种熔丝器件，具有：

第1电极和第2电极，

跨在所述第1电极、第2电极之间连接的熔丝元件，以及

支撑所述熔丝元件的框体，以及

构成所述框体且设置有所述第1电极、第2电极的绝缘基板；

所述熔丝元件在与所述框体侧的构成构件之间隔着弹性构件来固定，

所述弹性构件具有导电性，存在于所述熔丝元件与所述第1电极和/或所述第2电极之间。

13.如权利要求12所述的熔丝器件，所述熔丝元件通过所述弹性构件与所述第1电极和/或所述第2电极接合。

14.如权利要求12所述的熔丝器件，

所述熔丝元件在与所述绝缘基板之间隔着所述弹性构件来固定。

15.如权利要求12～14中任一项所述的熔丝器件，

具有构成所述框体且覆盖所述熔丝元件的覆盖构件；

所述熔丝元件在与所述覆盖构件之间隔着所述弹性构件来固定。

16.如权利要求12～14中任一项所述的熔丝器件，所述弹性构件使用多孔质材料。

17.如权利要求12～14中任一项所述的熔丝器件，所述弹性构件使用由线状的导电材料构成的织布或者无纺布。

18.如权利要求16所述的熔丝器件，所述弹性构件含浸有促进所述熔丝元件熔融的材料。

19.如权利要求17所述的熔丝器件，所述弹性构件含浸有促进所述熔丝元件熔融的材料。

20.如权利要求12～14中任一项所述的熔丝器件，所述弹性构件使用由线状的绝缘材料构成的织布或者无纺布，并且含浸有促进所述熔丝元件熔融的材料。

21.如权利要求15所述的熔丝器件，

所述弹性构件使用由线状的绝缘材料构成的织布或者无纺布，并且含浸有促进所述熔丝元件熔融的材料。