CN112789703A - 保护元件 - Google Patents

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Abstract

本发明提供保护元件及保护电路，其在过电流时的保护中，不使用二极管、开关元件等整流手段，并能够在执行动作时以更简单的电路结构更可靠地将通电切断。保护元件具备：绝缘基板；设置于该绝缘基板的至少一对熔断电极；设置于绝缘基板且设置于熔断电极之间的中间电极；与熔断电极及中间电极接合且与熔断电极及中间电极电连接的熔断元件；以及设置于绝缘基板且设置为与中间电极及发热电极电连接的发热体，所述保护元件设置为使包含中间电极的熔断电极的至少一对电极间的传导手段与其他电极间的传导手段不同。

Description

保护元件
技术领域
本发明涉及电气/电子设备的保护元件、保护电路。
背景技术
近年来，伴随着移动设备等小型电子设备的迅速普及，在搭载于上述设备的电源的保护电路中安装的保护元件也使用小型薄型元件。在二次电池组的保护电路中，优选利用例如专利文献1中记载的表面安装部件(SMD)的保护元件。在这些保护元件中，具有如下非复位式保护元件，其对因被保护设备的过电流而产生的过电流、过电压等异常状态进行检测，或者感应周围温度的异常过热并使熔断器以规定条件执行动作而将电路切断。在该保护元件中，为了实现设备的安全，若保护电路检测到设备所产生的异常，则通过信号电流使电阻元件发热，并通过该发热使由可熔性的合金材料构成的熔断元件熔断而将电路切断，或者通过过电流使熔断元件熔断而将电路切断。
作为本发明的关联技术，在图3中示出了保护元件30。保护元件30包括：绝缘基板31；设置于绝缘基板31的一对熔断电极(fuse electrode)32；设置于熔断电极32之间的中间电极33；与熔断电极32及中间电极33接合且与熔断电极32及中间电极33电连接的熔断元件34；以及将熔断元件34覆盖的盖状盖体35。另外，在绝缘基板31以与中间电极33及发热电极36电连接的方式设置有发热体37。
这种保护元件30例如如专利文献2记载的那样，连接于图4(a)所示的二次电池组用的保护电路40，从而与熔断电极42电连接的熔断元件44a、44b构成保护电路40的充放电电流电路的一部分。另外，保护元件30的发热体47与二极管、开关元件等整流元件49连接。整流元件49在过电流时的保护中如图4(b)所示，防止在熔断元件44a、44b仅残留于熔断电极42及中间电极43的单侧时的漏电流500。此外，在过电压时，通过与发热体47电连接的由电压检测用IC、FET等构成的检测单元220使电压施加于发热体并使发热体发热，从而整个熔断元件熔断并停止对发热体施加电压，因此，无需如前所述的针对单侧动作进行补偿。
(现有技术文献)
(专利文献)
专利文献1：国际公开第2013/172160号；
专利文献2：日本专利第4095426号公报。
发明内容
(发明要解决的问题)
在如上所述的现有保护元件30及保护电路40中，为了应对在过电流时熔断元件44a、44b残留于任意单侧，而需要二极管、开关元件等整流单元。
本发明的目的在于提供电气/电子设备的保护元件及保护电路，其在过电流时的保护中，不使用二极管、开关元件等整流单元即可以更简单的电路结构在执行动作时更可靠地将通电切断。
(用于解决问题的手段)
本发明的保护元件包括：绝缘基板；设置于绝缘基板的至少一对熔断电极；设置于绝缘基板且设置于熔断电极之间的中间电极；与熔断电极及中间电极电连接的熔断元件；以及设置于绝缘基板且设置为与中间电极及发热电极电连接的发热体，所述保护元件设置为包含中间电极的熔断电极的至少一对电极间的传导手段与其他电极间的传导手段不同。由此，在过电流的保护中，能够对熔断元件所连接的电极间的熔断顺序进行控制。此处述及的传导手段是指导电性或者导热性或者导电性和导热性的组合。例如，通过使用电阻、散热性或者它们的组合而使规定部位在通电时的发热、散热特性存在差异，从而能够以规定电极间的熔断元件比其他电极间的熔断元件先熔断的方式进行控制。
另外，本发明的保护电路是将所述保护元件用于保护装置的保护电路，用于保护二次电池免受过电流及过电压，保护电路包括：具有熔断元件及发热体的保护装置；以及检测单元，其与该保护装置的发热体电连接，对二次电池的过电压进行检测，并对所述发热体中流通的电流进行控制，保护装置包括保护元件，该保护元件具有：绝缘基板；设置于该绝缘基板的至少一对熔断电极；设置于该绝缘基板且设置于熔断电极之间的中间电极；与熔断电极及中间电极电连接的熔断元件；以及设置于该绝缘基板且设置为与中间电极及发热电极电连接的发热体，所述保护元件设置为包含中间电极的熔断电极的至少一对电极间的传导手段与其他电极间的传导手段不同，在过电流时，能够通过传导手段使规定的熔断元件熔断，并且在过电压时，能够通过检测单元对发热体施加二次电池的电压，而使发热体发热，从而整个熔断元件熔断并切断对发热体施加电压。上述保护电路还能够构成为，将以电连接方式安装保护装置的电路的电极作为所述保护装置的传导手段，并且可以使供保护装置(保护元件)安装的配线基板侧的安装用电极以及配线的面积、厚度变化。例如，预先减小供该保护装置的规定电极安装的电路的电极或者配线的面积而使其难以散热，并且针对规定电极以外的其他电极，增大供其安装的电极或者配线的面积，从而使其更容易散热，由此能够使保护装置的规定电极先熔断。
本发明的保护元件及保护电路通过对包含中间电极在内的熔断电极的规定电极间的传导性(导电或者导热或者导电和导热的组合)进行调整而控制过电流时的熔断顺序。
(发明效果)
对通过本发明的发明中的代表性的实施方式获得的效果简单地进行如下说明。根据本发明的一个实施方式，在熔断动作时能够更可靠地将通电切断。
附图说明
图1示出一实施方式的保护元件10，图1(a)是沿着图1(b)中的d-d线对盖体进行剖切而得到的平面图，图1(b)是沿着图1(a)中的D-D线剖切而得到的截面图，图1(c)是其仰视图。
图2示出一实施方式的保护电路20的电路图，图2(a)是熔断动作前的电路图，图2(b)是因过电流而熔断动作后的电路图。
图3示出现有保护元件30，图3(a)是沿着图3(b)中的d-d线对盖体进行剖切而得到的平面图，图3(b)是沿着图3(a)中的D-D线剖切而得到的截面图，图3(c)是其仰视图。
图4示出现有保护电路40的电路图，图4(a)是熔断动作前的电路图，图4(b)是因过电流而熔断动作后的电路图。
具体实施方式
本实施方式所涉及的保护元件包括：绝缘基板；设置于绝缘基板的至少一对熔断电极；设置于绝缘基板且设置于熔断电极之间的中间电极；与熔断电极及中间电极接合且与熔断电极及中间电极电连接的熔断元件；以及设置于绝缘基板且设置为与中间电极及发热电极电连接的发热体，所述保护元件设置为包含中间电极的熔断电极中的至少一对电极间的传导手段与其他电极间的传导手段不同。绝缘基板只要是绝缘材料，则可以为任意材料、组分的基板，例如，优选为塑料、玻璃、玻璃陶瓷、陶瓷等。设置于绝缘基板的熔断电极、中间电极以及发热电极只要是导电材料，则可以为任意材料、组成的电极，例如，优选为铜、银、铜合金、银合金。熔断元件只要是易熔性的金属材料，则可以为任意材料、组成的元件，例如优选利用锡基合金、锡-铅合金、锡-铜合金、锡-银合金、锡-银-铜合金等。另外，熔断元件可以采用单一组成的金属材料，也可以采用组成不同的多种金属材料组合而成的复合材料。
传导手段以使包含中间电极的熔断电极的至少一对电极间的传导性不同于其他电极间的传导性的方式设置，该传导手段只要能够对架设有熔断元件的电极间的电传导或热传导进行调节，则可以采用任何方法、手段，并不受特别限定，例如，通过在各电极间改变架设于电极间的熔断元件的截面积、长度，或者针对每个电极间改变熔断元件本身的材质，或者改变电极的面积、材料，从而能够对电极间的传导性进行调整。另外，不改变熔断元件的尺寸、材质，而是将包含中间电极的熔断电极的规定电极的电极间距离设置得较宽，从而也能够获得同样的效果。例如，通过将包含中间电极的熔断电极中的规定电极间的电阻设置得比其他电极间的电阻大，从而能够对熔断元件所连接的多个电极间的过电流时的熔断顺序进行控制。电阻设定得较高的熔断电极的熔断元件能够相对于电阻低于其的熔断电极的熔断元件先熔断。另外，通过将包含中间电极的熔断电极中的规定电极间的热传导设置为小于其他电极间的热传导，从而能够对熔断元件所连接的多个电极间的过电流时的熔断顺序进行控制。例如，能够使规定电极的散热面积(电极面积)设置得窄(小)的熔断电极的熔断元件比散热面积(电极面积)设置得比其宽(大)的熔断电极的熔断元件先熔断。
本实施方式所涉及的保护电路用于保护二次电池免受过电流及过电压，保护电路包括：具有熔断元件及发热体的保护装置；以及检测单元，其与该保护装置的发热体电连接，对二次电池的过电压进行检测且对所述发热体中流通的电流进行控制，保护装置包括保护元件，该保护元件具有：绝缘基板；设置于该绝缘基板的至少一对熔断电极；设置于该绝缘基板且设置于熔断电极之间的中间电极；与熔断电极及中间电极接合且与熔断电极及中间电极电连接的熔断元件；以及设置于该绝缘基板且设置为与中间电极及发热电极电连接的发热体，所述保护元件设置为包含中间电极的熔断电极中的至少一对电极间的传导手段与其他电极间的传导手段不同，在过电流时，通过传导手段使规定的熔断元件熔断，并且在过电压时，通过检测单元对发热体施加二次电池的电压，而使发热体发热，从而整个熔断元件熔断并切断对发热体施加的电压。
如图1(a)-(c)所示，实施方式1所涉及的保护元件10包括：绝缘基板11；设置于绝缘基板11的一对熔断电极12；设置于绝缘基板11且设置于熔断电极12之间的中间电极13；与熔断电极12及中间电极13接合且与熔断电极12及中间电极13电连接的熔断元件14；涂敷于熔断元件14的表面的动作助熔剂(未图示)；按上述各动作助熔剂而将熔断元件14的上部覆盖的盖体15；以及由设置于绝缘基板11且设置为与中间电极13及发热电极16电连接的电阻元件构成的发热体17，并具有以如下方式设置的传导手段：通过将包含中间电极13的熔断电极12中的电极间R1的电极间距离设置得宽且将其他电极间R2的电极间距离设置为比R1窄，从而使电极间R1的电阻高于R2。由此，在过电流时使得将电极间R1电连接的熔断元件比将电极间R2电连接的熔断元件先熔断。实施方式的盖体15只要能够将绝缘基板11以及熔断元件14的上部覆盖且确保所需的空腔空间即可，并未对形状、材质加以限制。例如，盖体优选穹顶状树脂膜罩、塑料盖、陶瓷盖等。
如图2(a)、(b)所示，实施方式2涉及的保护电路20用于保护二次电池串联连接而得到的电池组200免受过电流及过电压，保护电路20包括：保护装置210，其具有第1熔断元件24a、第2熔断元件24b以及发热体27；以及检测单元220，其与保护装置210的发热体27电连接，对电池组200的过电压进行检测，并对发热体27中流通的电流进行切换，且由电压检测用IC和FET构成，保护装置210由保护元件构成，该保护元件具有：设置于绝缘基板21的第1熔断电极22a；第2熔断电极22b；设置于绝缘基板21且设置于所述两个熔断电极22a、22b之间的中间电极23；与第1熔断电极22a及中间电极23电连接的第1熔断元件24a；与第2熔断电极22b及中间电极23电连接的第2熔断元件24b；以及设置于绝缘基板21且设置为与中间电极23及发热电极26电连接的发热体27，并具有将熔断电极22a和中间电极23的电极间距离R1设置得宽且将熔断电极22b和中间电极23的电极间距离R2设置得比R1窄的传导手段，在过电流时，以通过传导手段使熔断元件24a先熔断的方式进行控制，并且在过电压时，利用检测单元220使发热体27中流通的电流导通，由此使二次电池的电压施加于发热体27而使发热体27发热，从而第1熔断元件24a和第2熔断元件24b熔断，并且切断对发热体27施加的电压。在上述保护电路20中，当将第1熔断元件的内部电阻值设为R1、将第2熔断元件的内部电阻值设为R2时，电阻值的大小为R1＞R2，因此，当施加有过电流时，必定能够使R1侧的第1熔断元件24a熔断。由此，在过电流时的保护中，可以省略以往所需的二极管、开关元件等整流手段。
应当理解，本发明的实施方式在所有方面均为示例，并非限制。本发明的范围并非由上述说明表示，而是由权利要求书表示，并且包括与权利要求书的保护范围等同的含义以及范围内的所有变更。
产业上的可利用性
本发明能够用于电池组等二次电池的保护装置。
附图标记的说明
10…保护元件、11、21…绝缘基板、12…熔断电极、13、23…中间电极、14…熔断元件、15…盖体、16、26…发热电极、17、27…发热体、20…保护电路、22a…第1熔断电极、22b…第2熔断电极、24a…第1熔断元件、24b…第2熔断元件、200…电池组、210…保护装置、220…电压检测单元、R1…规定电极间、R2…其他电极间。

Claims (14)

1.一种保护元件，其特征在于，包括：
绝缘基板；
至少一对熔断电极，其设置于所述绝缘基板；
中间电极，其设置于所述绝缘基板且设置于所述熔断电极之间；
熔断元件，其与所述熔断电极及所述中间电极接合且与所述熔断电极及所述中间电极电连接；以及
发热体，其设置于所述绝缘基板且设置为与所述中间电极及发热电极电连接，
所述保护元件设置为包含所述中间电极在内的所述熔断电极中的至少一对电极间的传导手段与其他电极间的传导手段不同。
2.根据权利要求1所述的保护元件，其中，所述传导手段在各电极间改变架设于包含所述中间电极的所述熔断电极的电极间的所述熔断元件的截面积、长度。
3.根据权利要求1或2所述的保护元件，其中，所述传导手段在包含所述中间电极的所述熔断电极的各电极间，改变熔断元件本身的材质。
4.根据权利要求1至3中任一项所述的保护元件，其中，所述传导手段将包含所述中间电极的所述熔断电极中的规定电极的电极间距离设置为比其他电极间距离宽。
5.根据权利要求1至4中任一项所述的保护元件，其中，所述传导手段将包含所述中间电极的所述熔断电极中的规定电极间的电阻设置为比其他电极间的电阻大。
6.根据权利要求1至5中任一项所述的保护元件，其中，所述传导手段使包含所述中间电极的所述熔断电极中的规定电极间的热传导小于其他电极间的热传导。
7.根据权利要求1至6中任一项所述的保护元件，其中，所述传导手段将包含所述中间电极的所述熔断电极中的规定电极的散热面积设置为较小。
8.一种保护电路，其是保护二次电池免受过电流及过电压的电路，其特征在于，包括：
保护装置，其具有熔断元件及发热体；以及检测单元，其与所述保护装置的所述发热体电连接，对所述二次电池的过电压进行检测且对流过所述发热体的电流进行控制，
所述保护装置包括保护元件，所述保护元件具有：绝缘基板；至少一对熔断电极，其设置于所述绝缘基板；中间电极，其设置于所述绝缘基板且设置于所述熔断电极之间；熔断元件，其与所述熔断电极及所述中间电极电连接；以及发热体，其设置于所述绝缘基板且设置为与所述中间电极及发热电极电连接，所述保护元件设置为包含所述中间电极的所述熔断电极的至少一对电极间的传导手段与其他电极间的传导手段不同，
在过电流时，通过所述传导手段使规定的所述熔断元件熔断，并且
在过电压时，通过所述检测单元对发热体施加所述二次电池的电压，所述发热体发热，并且所述熔断元件熔断，从而切断对发热体施加电压。
9.根据权利要求8所述的保护电路，其中，所述传导手段在各电极间改变架设于包含所述中间电极的所述熔断电极的电极间的所述熔断元件的截面积、长度。
10.根据权利要求8或9所述的保护电路，其中，所述传导手段在包含所述中间电极的所述熔断电极的各电极间，改变熔断元件本身的材质。
11.根据权利要求8至10中任一项所述的保护电路，其中，所述传导手段将包含所述中间电极的所述熔断电极中的规定电极的电极间距离设置为比其他电极间距离宽。
12.根据权利要求8至11中任一项所述的保护电路，其中，所述传导手段使包含所述中间电极的所述熔断电极中的规定电极间的电阻大于其他电极间的电阻。
13.根据权利要求8至12中任一项所述的保护电路，其中，所述传导手段使包含所述中间电极的所述熔断电极中的规定电极间的热传导小于其他电极间的热传导。
14.根据权利要求8至13中任一项所述的保护电路，其中，所述传导手段将包含所述中间电极的所述熔断电极中的规定电极的散热面积设置得较小。
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