CN114023600A - 开关元件及保护元件 - Google Patents

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米田吉弘
向幸市
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Abstract

提供针对沾水或来自电池的液体泄漏等的异常，能够安全地使电气电路开路或短路的开关元件。具有：导电体（2），与外部电路连接；以及反应部（3），使导电体（2）和外部电路开路，具备液溶解性材料（3a），该液溶解性材料（3a）若与浸入到元件内部的液体接触则溶解，从而使导电体（2）与外部电路导通。

Description

开关元件及保护元件
本申请是如下发明专利申请的分案申请：
发明名称：开关元件及保护元件；申请日：2016年10月5日；申请号：201680055761.4。
技术领域
本发明涉及响应液体的浸入而使电气电路开路或短路的开关元件、及响应液体的浸入而使电气电路开路的保护元件。本申请以在日本于2015年10月7日申请的日本申请号特愿2015－199814为基础主张优先权，该申请通过被参照而被引入本申请。
背景技术
近年来，在便携电话、笔记本电脑等的许多装置中采用锂离子二次电池。锂离子二次电池能量密度较高，所以为了确保用户及电子设备的安全，一般将过充电保护、过放电保护等的一些保护电路内置于电池组，具有在既定的情况下截断电池组的输入输出的功能。然而，因沾水而电池的正极/负极绝缘嵌合部腐蚀的情况下，电池内部的压力泄漏，存在安全阀不能正确发挥功能而导致起火事故的风险。
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
针对沾水有添加探测沾湿迹象的密封件，并发出警告的方案（例如，参照专利文献1），但是并不是限制电池的使用，因此存在发生电路基板的沾水造成的迁移（migration）（绝缘劣化）或短路造成的电路误动作的担忧。另外，对于伴随电池异常的电解液的泄漏，也存在发生与上述同等的不良的担忧。
另外，作为电子设备的沾水对策，采用设置探测水等的液体的传感器，根据从探测沾水的该传感器发送的信号来使保护电路动作的方案。例如，提出了具备由在绝缘基板上隔着既定间隔而对置配置的一对电极构成的探测部的漏水传感器（例如，参照专利文献2）。该漏水传感器在探测部的电极间处于沾水状态时，因端子部间泄漏而有信号输入控制电路，从而控制设备的动作。即，该沾水传感器以液体流入探测部为动作条件，因此当出现沾水状态时，希望使液体积极地向探测部流入的结构，另一方面，在无需使控制电路动作的沾水状态以外的情况下，还需要使之不要误动作，确保作为传感器的可靠性。
本发明鉴于这样的现有的实情而提出，目的在于提供针对沾水或来自电池的液体泄漏等的异常，能够安全且可靠地使外部电路短路的开关元件、以及针对沾水或来自电池的液体泄漏等的异常，安全且可靠地使外部电路开路的保护元件。
用于解决课题的方案
为了解决上述的课题，本发明所涉及的开关元件具有：导电体，与外部电路连接；以及反应部，使上述导电体和上述外部电路开路，具备液溶解性材料，该液溶解性材料若与浸入到元件内部的液体接触则溶解，从而使上述导电体与上述外部电路导通。
另外，本发明所涉及的保护元件具有：绝缘基板；第1、第2电极，设置在上述绝缘基板；发热体，设置在上述绝缘基板；可熔导体，跨在上述第1、第2电极间而连接，通过上述发热体的发热而熔断；以及开关部，设置在上述发热体的供电路径上，上述开关部具有：导电体，与上述发热体的电源电路连接；以及反应部，使上述导电体和上述电源电路开路，具备液溶解性材料，该液溶解性材料若与浸入到元件内部的液体接触则溶解，从而使上述导电体与上述电源电路导通。
发明效果
依据本发明，具备液溶解性材料的反应部，在沾水或来自电池的液体泄漏等的异常时，因该液体而液溶解性材料溶解，使导电体与外部电路的开路端接触，从而能够使外部电路通电。
附图说明
[图1]图1是示出适用本发明的开关元件的结构的概念图。
[图2]图2是示出作为导电体采用绞合线的开关元件的图。
[图3]图3是示出作为导电体采用海绵金属的开关元件的截面图。
[图4]图4（A）是示出被液溶解性材料覆盖的导电性粒子的凝聚体的外观立体图，图4（B）是示出作为导电体采用（A）所示的凝聚体的开关元件的截面图。
[图5]图5是示出作为导电体采用由导电材料构成的筒状的外部导体及内部导体的例子的外观立体图。
[图6]图6（A）是示出在外部导体的内表面形成由液溶解性材料构成的绝缘涂层的状态的截面图，图6（B）是示出在内部导体的外表面形成由液溶解性材料构成的绝缘涂层的状态的截面图。
[图7]图7是示出由液溶解性材料构成的绝缘膜介于外部导体与内部导体之间的状态的截面图。
[图8]图8是示出开关元件的壳体的立体图，（A）示出在顶面形成引入口的状态，（B）示出在顶面形成多个引入口的状态，（C）示出在顶面及侧面形成引入口的状态，（D）示出在顶面及侧面形成多个引入口的状态。
[图9]图9是示出采用圆筒状的壳体的开关元件的立体图。
[图10]图10是示出采用形成有排出口的壳体的开关元件的立体图，（A）示出在壳体顶面形成一个引入口的开关元件，（B）示出在壳体顶面形成多个引入口的开关元件。
[图11]图11是示出在与设置有反应部的位置相同的高度或上方设置有排出口的开关元件的截面图。
[图12]图12是示出采用形成有狭缝状的引入口及狭缝状的排出口的壳体的开关元件的截面图。
[图13]图13是示出采用形成有引入槽的壳体的开关元件的图，（A）是截面图，（B）是外观立体图。
[图14]图14是示出采用形成有多个引入口及引入槽的壳体的开关元件的图，（A）是截面图，（B）是外观立体图。
[图15]图15是示出采用形成有在设置有反应部的内部逐渐窄小化的引入槽的壳体的开关元件的截面图。
[图16]图16是示出采用在与导电体及反应部的位置对应的高度形成引入口的壳体的开关元件的立体图。
[图17]图17是示出采用在反应部以外的场所形成憎水处理部的壳体的开关元件的立体图。
[图18]图18是示出采用以水溶性密封材料密封引入口的壳体的开关元件的立体图。
[图19]图19是示出采用以水溶性密封材料封闭引入槽的壳体的开关元件的截面图。
[图20]图20是示出在壳体的一半对接面形成配置绞合线的布线槽的开关元件的图，（A）是截面图，（B）是示出将绞合线引出到壳体的内外的引出凹部的立体图。
[图21]图21是示出从布线槽的引出凹部引出绞合线的状态的立体图。
[图22]图22是示出在壳体的一半对接面形成配置绞合线的布线槽的开关元件的图，（A）是截面图，（B）是示出将绞合线引出到壳体内的引出凹部的立体图。
[图23]图23是与外部电路连接的开关元件的电路图，（A）示出开关元件动作前，（B）示出开关元件动作后。
[图24]图24是示出将开关元件连接到保护元件的状态的电路图，（A）示出采用发热体的通电路径和熔丝单元（fuse element）成为区别电路的保护元件的情况，（B）示出采用发热体与熔丝单元连接的保护元件的情况。
[图25]图25是内置开关元件及保护元件的电池组的电路图。
[图26]图26是示出内置开关元件的保护元件的电路图，（A）示出发热体的通电路径和熔丝单元成为区别电路的保护元件，（B）示出发热体与熔丝单元连接的保护元件。
具体实施方式
以下，一边参照附图，一边对适用本发明的开关元件及保护元件详细地进行说明。此外，本发明不仅限于以下的实施方式，在不脱离本发明的要点的范围内显然可进行各种变更。另外，附图是示意性的，存在各尺寸的比例等与现实的不同的情况。关于具体的尺寸等，应当斟酌以下的说明而进行判断。另外，附图相互之间显然也包含彼此的尺寸关系或比例不同的部分。
适用本发明的开关元件，在装入电池电路、警报电路等的外部电路，出现淹没或液体泄漏等的沾水状态的情况下，进行电池电路的截断、或警报电路或保护电路的通电。如图1所示，开关元件1具有：与外部电路连接的导电体2；以及反应部3，通过覆盖导电体2而使外部电路开路，并具备若与浸入到元件内部的液体接触则溶解而使外部电路导通的液溶解性材料3a，这些导电体2及反应部3内置于壳体4内。
[导电体]
导电体2是通过被连接在装入有开关元件1的外部电路的开路端之间而使外部电路导通的部件，能够采用例如引线或海绵金属等、公知的导电部件。
开关元件1中，导电体2的连接端引出到壳体4的外部，能够与外部电路的端子部连接。另外，关于开关元件1，也可以导电体2连接到形成在设于壳体4内的绝缘基板、与外部电路的开路端子连接的电极上，从而与外部电路连接。
开关元件1中，导电体2在常态下被构成反应部3的液溶解性材料3a包覆，从而与外部电路绝缘，通过液体与反应部3接触，从而覆盖导电体2的液溶解性材料3a溶解，外部电路经由导电体2而导通。
如图2所示，例如导电体2能够采用分别与外部电路连接的一对导线11A、11B绞合的绞合线10。导线11A、11B分别被液溶解性材料3a包覆，从而互相绝缘。而且，导线11A与跟开关元件1连接的外部电路的通电路径的一个自由端连接，导线11B与该通电路径的另一个自由端连接。由此，该外部电路在通常时开路。
[反应部]
反应部3通过与液体接触而不可逆地使导电体2导通，具备包覆导电体2的液溶解性材料3a。液溶解性材料3a具有绝缘性，能够采用与液体接触而溶解的任意的材料，例如能够采用琼脂、明胶等的天然聚合物；纤维素、淀粉等的半合成聚合物；聚乙烯醇等的合成聚合物等。另外，也可以作为液溶解性材料3a采用与液体接触而溶解的方糖这样的水溶性的固体物。
另外，作为液体设想向电池单元填充的碳酸次乙烯等的电解液，在对应于电解液体泄漏而动作的开关元件的情况下，作为液溶解性材料3a，能够采用ABS、聚丙烯腈、聚偏二氟乙烯、或者PET、PTT、PEN等的饱和聚酯等。这些液溶解性材料3a也有在成为高分子量时溶解速度下降、作为开关元件1其反应速度下降的情况，因此在以反应速度为优先的情况下，优选调整聚合度而使用。
包覆导电体2的液溶解性材料3a在壳体4内构成反应部3。反应部3在沾水或来自电池的液体泄漏等的异常时，液溶解性材料3a因浸入到壳体4内的液体而溶解，能够使导电体2与外部电路的开路端接触，使外部电路通电。
例如，反应部3利用液溶解性材料3a包覆上述一对导线11A、11B，从而在通常时绝缘而使外部电路开路。而且，反应部3在沾水或来自电池的液体泄漏等的异常时，浸入到壳体4内的液体与液溶解性材料3a接触、溶解，从而使一对导线11A、11B连接，由此能够使外部电路通电。
[导电体的变形例]
另外，如图3所示，开关元件1也可以作为导电体2采用海绵金属12。海绵金属12被液溶解性材料3a包覆，并且设置于壳体4，跨在与外部电路的开路端连接的一对外部连接端子13a、13b间而搭载。外部连接端子13a、13b通过例如设置在壳体4内的金属端子、或形成在壳体4或者于壳体4内配置的绝缘基板的电极图案而形成。
关于开关元件1，海绵金属12经由包覆表面的液溶解性材料3a而搭载到外部连接端子13a、13b上，从而在通常时使外部电路开路。而且，开关元件1在沾水或来自电池的液体泄漏等的异常时，浸入到壳体4内的液体与液溶解性材料3a接触、溶解，从而使海绵金属12与外部连接端子13a、13b连接，由此能够使外部电路通电。
此外，作为导电体2，也可以除了海绵金属12之外，采用使用导电性纤维的织布、无纺布、或金属网等的多孔质体、或者金属箔等的金属片，由液溶解性材料3a包覆。
另外，如图4（A）所示，开关元件1也可以作为导电体2采用被液溶解性材料3a包覆的导电性粒子14的凝聚体15。凝聚体15通过包覆各个导电性粒子14的液溶解性材料3a来维持大致片形状或者大致膜形状，如图4（B）所示，跨在利用设置在壳体4内的金属端子或形成在壳体4或于壳体4内配置的绝缘基板的电极图案来形成的外部连接端子13a、13b间而搭载。
关于开关元件1，导电性粒子14的凝聚体15经由包覆表面的液溶解性材料3a而搭载到外部连接端子13a、13b上，从而在通常时使外部电路开路。而且，开关元件1在沾水或来自电池的液体泄漏等的异常时，浸入到壳体4内的液体与液溶解性材料3a接触、溶解，从而经由跨在外部连接端子13a、13b间而连续的导电性粒子14使两端子间连接，由此能够使外部电路通电。
另外，如图5所示，开关元件1也可以作为导电体2，采用由导电材料构成的筒状的外部导体17、和设置在外部导体17的内部的由导电材料构成的内部导体18。图5所示的导电体2中，外部导体17与外部电路的一个开路端连接，内部导体18与外部电路的另一个开路端连接。外部导体17例如为圆筒状导体，在外周面形成有一个或多个液体浸入的开口部17a。此外，外部导体17除了为圆筒状之外，只要为能够收纳内部导体18的中空形状则也可为任意的形状。
内部导体18能采取配置在外部导体17的内部的所有形态，除了图5所示的圆柱状之外，也可为棱柱状、片的卷绕体状、块体状等。另外，内部导体18被保持为在外部导体17的内部能够移动。
如图6（A）所示，开关元件1通过液溶解性材料3a在外部导体17的内表面形成有绝缘涂层17b，由此外部导体17和内部导体18在常态下绝缘，使外部电路开路。而且，开关元件1在沾水或来自电池的液体泄漏等的异常时，浸入到壳体4内的液体浸入到外部导体17的开口部17a内，与液溶解性材料3a接触，从而绝缘涂层17b溶解，外部导体17与内部导体18电连接，由此能够使外部电路通电。
此外，如图6（B）所示，开关元件1也可以通过在内部导体18的外表面涂敷液溶解性材料3a来形成绝缘涂层18a。绝缘涂层18a通过与从外部导体17的开口部17a浸入的液体接触而溶解，能够使外部导体17和内部导体18电连接。
另外，如图7所示，开关元件1也可以使由液溶解性材料3a构成的绝缘膜19介于外部导体17与内部导体18之间。绝缘膜19具有至少从外部导体17的内表面遮蔽内部导体18的大小、形状，在常态下使外部导体17与内部导体18绝缘。而且，绝缘膜19在沾水或来自电池的液体泄漏等的异常时，与经由壳体4及外部导体17的开口部17a浸入的液体接触而溶解，能够使外部导体17与内部导体18电连接。
[壳体]
开关元件1的壳体4能够利用各种工程塑料、陶瓷等的具有绝缘性的部件来形成。开关元件1通过设置壳体4，能够保护导电体2及反应部3。
在壳体4设置有向反应部3引导液体的引入口5。开关元件1通过使液体经由设置在壳体4的引入口5流入到反应部3，使导电体2不可逆地导通。
如图8（A）所示，壳体4例如由多面体构成，在一个面设置有一个引入口5。开关元件1在作为安装在形成有外部电路的电路基板的芯片部件而形成的情况下，优选在壳体4的与安装面相反侧的顶面4a设置有引入口5。通过在顶面4a设置引入口5，当成为沾水状态时有效率地将液体取入到壳体4内并且保持在反应部3，能够使导电体2导通。当然壳体4也可以在顶面4a以外的面例如侧面4b形成引入口5。另外，如图8（B）所示，壳体4既可以在顶面4a形成多个引入口5，或者也可以在侧面4b形成多个引入口5。壳体4通过设置多个引入口5，能够使液体更易于引入到反应部3。
另外，例如如图8（C）所示，壳体4也可以由多面体构成，在多个面例如顶面4a和侧面4b设置引入口5。另外，如图8（D）所示，壳体4也可以在多个面分别形成一个或多个引入口5。
另外，壳体4也可以形成为圆柱状或棱柱状，在任意位置以任意个数形成引入口5。图9是将壳体4形成为圆柱状，遍及全周而形成多个引入口5的开关元件1的外观立体图。通过将壳体4形成为圆柱状、棱柱状，能够不受与开关元件1的配置对应的面或角度、液体的浸入路径等的影响而形成引入口5。
另外，壳体4也可以形成排出从引入口5浸入的液体的排出口。图10是示出在由多面体构成的壳体4的顶面4a形成引入口5，并且在侧面4b形成排出液体的排出口6的开关元件1的外观立体图。通过形成排出口6，能够防止液体大量浸入到壳体4内而因冷却等的影响会降低液溶解性材料3a的溶解反应的事态。
此外，排出口6优选形成为比引入口5小。通过使排出口6相对较小，能够防止浸入到壳体4内的液体被过度排出，延迟反应部3的作用、或导电体2的导通。
另外，排出口6优选以与壳体4的设置有反应部3的位置相同的高度、或比设置有反应部3的位置更靠上方设置。例如，如图11所示，在以多面形状形成壳体4，并且作为安装在电路基板的芯片部件而形成的情况下，排出口6优选设置在与壳体4的侧面4b的设置有反应部3的位置相同的高度或上方。由此，浸入到壳体4内的液体，浸入到比反应部3更上方的部分被排水，而在反应部3处余留，因此能够确保反应部3的作用，并且防止液体大量浸入到壳体4内而因冷却等的影响会降低液溶解性材料3a的溶解反应的事态。
此外，引入液体的引入口5及排出液体的排出口6，可为圆形、矩形等，不论其形状如何。另外，引入口5及排出口6如图12所示，也可以形成为狭缝状。通过以狭缝状形成引入口5，能够更广泛地引入液体，并迅速地使反应部3反应而使导电体2导通。另外，通过以狭缝状形成排出口6，能够迅速排出浸入到壳体4内的剩余的液体，能够防止液体大量浸入壳体4内而因冷却等的影响会降低液溶解性材料3a的溶解反应的事态。
另外，壳体4也可以在顶面4a设置狭缝状的引入口5，并且设置向反应部3引导液体的引入槽7。如图13（A）所示，引入槽7的槽壁7a从形成在顶面4a的引入口5延伸到反应部3的附近。由此，壳体4能够使浸入到引入口5的液体不会流入反应部3以外的场所，而可靠地引导到反应部3。另外，壳体4能够防止浸入到引入口5的液体向壳体4内散逸，延迟借助反应部3进行的导电体2的导通。
另外，如图13（B）所示，壳体4也可以使引入槽7延伸到侧面4b，并与形成在侧面4b的排出口6连续。由此，壳体4能够有效率地将从引入口5浸入的液体引导到反应部3，并且能够有效率地从排出口6排出过剩的液体。
此外，如图14（A）（B）所示，引入口5及引入槽7也可以形成多个。通过形成多个引入槽7，能够在反应部3的整个宽度上引导液体。
另外，如图15所示，开关元件1也可以使引入槽7从临近顶面4a的引入口5的开口部到设置有反应部3的内部而逐渐窄小化。引入槽7随着接近反应部3而窄小化，从而利用毛细管现象能够有效率地向反应部3引导从引入口5的开口部浸入的液体。
另外，如图16所示，开关元件1也可以在壳体4对应于导电体2及反应部3的位置形成引入口5、或引入口5及引入槽7。开关元件1也可以例如图3所示的导电体2及反应部3的结构例那样，使被液溶解性材料3a包覆的海绵金属12跨在外部连接端子13a、13b间而搭载，并且以与侧面4b的海绵金属12的位置对应的高度，形成引入口5、或引入口5及引入槽7。
引入口5等形成在与反应部3的位置对应的位置，从而开关元件1能够有效率地将大量的液体从引入口5引导到导电体2及反应部3，并有效率地进行反应部3的反应，从而能够促进导电体2的导通。
另外，开关元件1也可以对反应部3以外的场所施加憎水处理，将液体引导到反应部3。如图17所示，例如开关元件1也可以形成对引入口5、或引入口5及引入槽7的槽壁7a实施憎水处理的憎水处理部16。由此开关元件1能够有效率地向反应部3引导从引入口5浸入的液体。另外，通过对引入口5或引入槽7实施憎水处理，除了应该使开关元件1动作的沾水状态以外，排斥少量的液体而不会浸入到壳体4内，因此还能防止误动作、并确保作为传感器的可靠性。
另外，开关元件1也可以对壳体4的内壁实施憎水处理。通过对壳体4的内壁实施憎水处理，也能有效率地向反应部3引导浸入到壳体4内的液体，并能迅速使反应部3起作用。
另外，如图18所示，开关元件1也可以由以液体溶解的片状的水溶性密封材料9封闭引入口5。水溶性密封材料9与液溶解性材料3a同样，能够采用例如琼脂、明胶等的天然聚合物；纤维素、淀粉等的半合成聚合物；聚乙烯醇等的合成聚合物等来形成。而且，如图18所示，水溶性密封材料9能够以片状成型，并粘贴在壳体4的顶面，从而封闭引入口5。通过以水溶性密封材料9封闭引入口5，除了应该使开关元件1动作的沾水状态以外，排斥少量的液体而不会浸入到壳体4内，因此还能防止误动作、并确保作为传感器的可靠性。
同样，如图19所示，开关元件1也可以由以液体溶解的水溶性密封材料9封闭引入槽7。通过以水溶性密封材料9封闭引入槽7，也能排斥少量的液体而不会浸入到壳体4内，从而防止误动作。
[壳体嵌合部的槽部]
另外，如图20、图21所示，关于开关元件1，也可以通过使上下半4a、4b对接结合而构成壳体4，并且在上下半4a、4b的一方或两方的侧壁的对接面，形成配置绞合线10的布线槽20。布线槽20沿着上下半4a、4b的一方或两方的侧壁形成在对接面的全周或一部分。
布线槽20也可以形成将绞合线10引出到壳体4的内部的第1引出凹部20a。绞合线10从第1引出凹部20a引出，例如与设置在壳体4内的外部连接端子13a、13b连接，或者，在后述的保护元件23、24中与设置在壳体4内的发热体28连接。另外，布线槽20在有液体浸入壳体4内时，液体经由第1引出凹部20a而流入、储存，因此包覆构成绞合线10的导线11A、11B的液溶解性材料3a溶解，从而导线11A、11B电连接。
另外，如图20（B）所示，布线槽20也可以向壳体的外部引出绞合线10，并且形成还成为液体的引入口的第2引出凹部20b。如图21所示，绞合线10从第2引出凹部20b引出，并与外部电路的连接端子连接。另外，布线槽20在处于沾水状态时液体经由第2引出凹部20b而流入、储存，因此包覆构成绞合线10的导线11A、11B的液溶解性材料3a溶解，从而导线11A、11B电连接。
此外，开关元件1也可以作为壳体4采用使用开关元件1的个人计算机、智能电话、平板电脑终端、电池组等的各种电子设备的壳体。在该情况下，如图22（A）所示，开关元件1也可以在上下半4a、4b的一方或两方的侧壁的对接面形成配置绞合线10的布线槽20。此时，如图22（B）所示，布线槽20仅形成向壳体4的内部引出绞合线10的第1引出凹部20a即可。
构成绞合线10的导线11A、11B，与设置在壳体4内的保护电路等的外部电路22连接，在常态下，使该外部电路22截断。而且，若因淹没等而有水浸入到壳体4内，并且还从第1引出凹部20a浸入到布线槽20内，则包覆导线11A、11B的液溶解性材料3a溶解，从而导线11A、11B电连接，外部电路22动作，开始进行保护动作。此时，通过进行使布线槽20的位置形成在壳体4的下方等的调整，能够调整浸入到布线槽20的水的浸入量、即开始外部电路22的动作的水的浸入量。
[电路结构]
图23示出开关元件1的电路结构。即，开关元件1中，导电体2与外部电路22的一个开路端22a及另一个开路端22b连接，并且通过由液溶解性材料3a构成的反应部3来使外部电路22开路（图23（A））。而且，开关元件1在沾水状态下有液体浸入到壳体4内时，反应部3的液溶解性材料3a溶解，导电体2导通，从而使外部电路22的各开路端22a、22b导通（图23（B））。
因而，通过例如作为外部电路22，连接输出警报的警报电路、截断电池的充放电路径的保护电路、或者后备电路，能够针对沾水或来自电池的液体泄漏等的异常，使这些外部电路动作。
[保护电路]
图24（A）（B）是示出连接了开关元件1和当沾水状态等的异常时截断外部电路的保护元件23、24的电路结构的图。如图24（A）所示，保护元件23具备：与外部电路的一个开路端连接的第1电极25；与外部电路的另一个开路端连接的第2电极26；跨在第1、第2电极25、26间而搭载并电连接第1、第2电极25、26间的熔丝单元27；以及通过通电来发热并熔断熔丝单元27的发热体28。
保护元件23通过在常态下第1、第2电极25、26经由熔丝单元27电连接，使外部电路通电。发热体28将一端与未图示的电源连接，并将另一端与开关元件1的导电体2连接，从而控制通电，在常态下导电体2被绝缘，从而通电受到限制。
保护元件23在沾水或来自电池的液体泄漏等的异常时，若液体浸入到开关元件1的壳体4内，使反应部3的液溶解性材料3a溶解而导电体2通电，则发热体28通电并发热。由此，保护元件23因为熔丝单元27在第1、第2电极25、26间熔断，能够截断外部电路。
发热体28例如通过定时器在经过足够熔断熔丝单元27的时间后，停止通电。或者，也可以设置探测外部电路的截断的传感器，在探测到外部电路的截断后，停止对发热体28的通电。
图24（B）是示出使发热体28与熔丝单元27电连接、并利用外部电路的电流路径向发热体28通电的保护元件24的电路结构的图。保护元件24通过使第1、第2电极25、26在常态下经由熔丝单元27电连接，从而使外部电路通电。发热体28的一端经由发热体引出电极而与熔丝单元27连接，另一端经由发热体供电电极29而与开关元件1的导电体2连接，从而通电得到控制，在常态下导电体2因为绝缘而通电受到限制。
保护元件24在沾水或来自电池的液体泄漏等的异常时，若液体浸入到开关元件1的壳体4内，使反应部3的液溶解性材料3a溶解而导电体2通电，则发热体28通电并发热。由此，保护元件24因为熔丝单元27在第1、第2电极25、26间熔断，能够截断外部电路。
发热体28因为熔丝单元27熔断而截断通电路径，因此停止发热。
[保护元件的使用方法]
接着，对这些保护元件23、24的使用例进行说明。此外，以下对保护元件24进行说明，但是对于保护元件23也同样。保护元件24如图25所示，例如装入到锂离子二次电池的电池组30内的电路而使用。电池组30例如具有由合计4个的锂离子二次电池的电池单元31～34组成的电池堆栈35。
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；以及控制保护元件24的动作的开关元件1。
电池堆栈35串联连接了需要进行用于免受过充电及过放电状态的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，可装卸地连接在充电装置45，被施加来自充电装置45的充电电压。利用充电装置45来充电的电池组30，将正极端子30a、负极端子30b连接到以电池进行动作的电子设备，从而能够使该电子设备动作。
充放电控制电路40具备：串联连接在从电池堆栈35流到充电装置45的电流路径的两个电流控制元件41、42；以及控制这些电流控制元件41、42的动作的控制部43。电流控制元件41、42例如由场效应晶体管（以下称为FET。）构成，通过控制部43控制栅极电压，从而控制电池堆栈35的电流路径的对充电方向和/或放电方向的导通和截断。控制部43从充电装置45接受电力供给而进行动作，响应检测电路36的检测结果，以在电池堆栈35处于过放电或过充电时截断电流路径的方式，控制电流控制元件41、42的动作。
保护元件24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，其动作由开关元件1控制。
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，向充放电控制电路40的控制部43供给各电压值。控制部43在任意一个电池单元31～34成为过充电电压或过放电电压时输出控制电流控制元件41、42的控制信号。
在由以上那样的结构构成的电池组30中，保护元件24是由跨在第1、第2电极25、26间而串联连接的熔丝单元27、和经由熔丝单元27的连接点通电发热而熔化熔丝单元27的发热体28构成的电路结构。另外，保护元件24中，例如，熔丝单元27经由第1、第2电极25、26而串联连接在电池组30的充放电电流路径上，发热体28的一端与跟熔丝单元27的连接点连接，发热体28的另一端与开关元件1的导电体2连接。保护元件24的第1电极25与电池堆栈35的一个开路端侧连接，第2电极26与电池组30的正极端子30a侧连接。
[熔断工序]
由这样的电路结构构成的保护元件24，在出现沾水或来自电池的液体泄漏等需要截断电池组30的电流路径的情况下，因液体浸入到壳体4内的开关元件1而发热体28通电、发热。而且，保护元件24因为发热体28的发热而装入到电池组30的电流路径上的熔丝单元27熔断。由此，保护元件24能够可靠地使第1电极25～第2电极26之间熔断，从而截断电池组30的电流路径。另外，熔丝单元27熔断，从而对发热体28的供电也停止。
这样，开关元件1作为响应沾水或来自电池的液体泄漏等而对保护元件24的发热体28进行通电的控制元件发挥功能。因而，不需要控制对发热体28的通电的FET等的控制元件。
此外，保护元件23、24除了与设在外部的开关元件1连接以外，也可以如图26（A）（B）所示，内置于开关元件1。另外，保护元件23、24并不限于用在锂离子二次电池的电池组的情况，当然也可以应用于需要利用电信号来截断电流路径的各种用途。
标号说明
1 开关元件；2 导电体；3 反应部；3a 液溶解性材料；4 壳体；5 引入口；6 排出口；7 引入槽；9 水溶性密封材料；10 绞合线；11 导线；12 海绵金属；13 外部连接端子；14导电性粒子；15 凝聚体；16 憎水处理部；17 外部导体；17a 开口部；17b 绝缘涂层；18 内部导体；18a 绝缘涂层；19 绝缘膜；20 布线槽；20a 第1引出凹部；20b 第2引出凹部；23 保护元件；24 保护元件；25 第1电极；26 第2电极；27 熔丝单元；28 发热体；29 发热体供电电极；30 电池组；31～34 电池单元；35 电池堆栈；36 检测电路；40 充放电控制电路；41电流控制元件；42 电流控制元件；43 控制部；45 充电装置。

Claims (14)

1.一种开关元件，具有：
导电体，与外部电路连接；以及
反应部，使上述导电体和上述外部电路开路，具备液溶解性材料，在沾水或来自电池的液体泄漏的异常时，该液溶解性材料若与浸入到元件内部的液体接触则溶解，从而使上述导电体与上述外部电路导通，
上述导电体及上述反应部内置于壳体内，
上述导电体是被上述液溶解性材料包覆的多个导电性粒子维持为大致片形状或者大致膜形状的凝聚体。
2.如权利要求1所述的开关元件，其中，
在上述壳体设置有向上述反应部引导液体的引入口。
3.一种开关元件，具有：
导电体，与外部电路连接；以及
反应部，使上述导电体和上述外部电路开路，具备液溶解性材料，在沾水或来自电池的液体泄漏的异常时，该液溶解性材料若与浸入到元件内部的液体接触则溶解，从而使上述导电体与上述外部电路导通，
上述导电体及上述反应部内置于壳体内，
上述导电体是被上述液溶解性材料包覆的多个导电性粒子维持为大致片形状或者大致膜形状的凝聚体，
在上述壳体设置有向上述反应部引导液体的引入口和排出流入的上述液体的排出口，
上述排出口设置在与设置有上述反应部的位置相同的高度、或比设置有上述反应部的位置更靠上方。
4.如权利要求2或3所述的开关元件，其中，上述壳体由多面体构成，在一个或多个面设置有一个或多个上述引入口。
5.如权利要求2或3所述的开关元件，其中，上述壳体以圆筒状形成，在侧面形成有一个或多个上述引入口。
6.如权利要求2或3所述的开关元件，其中，上述引入口设置有向上述反应部引导上述液体的引入槽。
7.如权利要求6所述的开关元件，其中，上述引入槽从上述引入口的开口部到内部逐渐窄小化。
8.如权利要求2或3所述的开关元件，其中，上述壳体在上述引入口实施了憎水处理。
9.如权利要求6所述的开关元件，其中，上述壳体在上述引入槽实施了憎水处理。
10.如权利要求2或3所述的开关元件，其中，上述引入口由以上述液体溶解的水溶性材料封闭。
11.如权利要求6所述的开关元件，其中，上述引入槽配置有以上述液体溶解的水溶性材料。
12.一种保护元件，具有：
第1、第2电极；
发热体；
可熔导体，跨在上述第1、第2电极间而连接，通过上述发热体的发热而熔断；以及
开关部，设置在上述发热体的供电路径上，
上述开关部具有：导电体，与上述发热体的电源电路连接；以及反应部，使上述导电体和上述电源电路开路，具备液溶解性材料，在沾水或来自电池的液体泄漏的异常时，该液溶解性材料若与浸入到元件内部的液体接触则溶解，从而使上述导电体与上述电源电路导通，
上述导电体及上述反应部内置于壳体内，
上述导电体是被上述液溶解性材料包覆的多个导电性粒子维持为大致片形状或者大致膜形状的凝聚体。
13.一种保护元件，具有：
第1、第2电极；
发热体；
可熔导体，跨在上述第1、第2电极间而连接，通过上述发热体的发热而熔断；以及
开关部，设置在上述发热体的供电路径上，
上述开关部具有：导电体，与上述发热体的电源电路连接；以及反应部，使上述导电体和上述电源电路开路，具备液溶解性材料，在沾水或来自电池的液体泄漏的异常时，该液溶解性材料若与浸入到元件内部的液体接触则溶解，从而使上述导电体与上述电源电路导通，
上述导电体及上述反应部内置于壳体内，
上述导电体是被上述液溶解性材料包覆的多个导电性粒子维持为大致片形状或者大致膜形状的凝聚体，
在上述壳体设置有向上述反应部引导液体的引入口和排出流入的上述液体的排出口，
上述排出口设置在与设置有上述反应部的位置相同的高度、或比设置有上述反应部的位置更靠上方。
14.如权利要求12~13中任一项所述的保护元件，其中，
具有与上述发热体及上述可熔导体连接的发热体引出电极，
上述可熔导体构成上述发热体的上述供电路径。
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