CN114270466A - 保护元件、电池组 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种保护元件，通过设于箱体的开口部排放箱体内部的压力，防止元件的破坏，并且能够确保适当的绝缘性。该保护元件具备：可熔导体(3)；第一、第二外部连接端子(7、8)，其与可熔导体(3)的两端部连接；以及箱体(6)，其具有下侧壳体(4)和上侧壳体(5)，第一外部连接端子(7)及第二外部连接端子(8)各一端从箱体(6)导出，箱体(6)面向第一外部连接端子(7)的表面形成有第一开口部(24)，面向第二外部连接端子(8)的表面形成有第二开口部(25)。

Description

保护元件、电池组

技术领域

本技术涉及切断电流路径的保护元件、及使用了该保护元件的电池组。本申请以在日本于2019年8月29日申请的日本专利申请编号特愿2019－157432为基础主张优先权，且该申请通过被参照而并入本申请。

背景技术

能够充电反复利用的二次电池大多加工成电池组提供给用户。特别是在重量能量密度高的锂离子二次电池中，为了确保用户及电子设备的安全，通常在电池组内置过充电保护、过放电保护等一些保护电路，具有在预定的情况下切断电池组的输出的功能。

在使用了锂离子二次电池的电子装置中，大多使用内置于电池组的FET开关进行输出的ON/OFF(接通/断开)，由此进行电池组的过充电保护或过放电保护动作。但是，在由于某些原因而导致FET开关短路破坏的情况下，在被施加电涌等而流通瞬间的大电流的情况下、或者由于电池单元的寿命而使输出电压异常降低、或相反地输出过大异常电压的情况下，必须保护电池组、电子设备免于起火等事故。因此，为了即使在这样的能够假定的任何异常状态下也将电池单元的输出安全地切断，使用由具有根据来自外部的信号将电流路径切断的功能的熔丝元件构成的保护元件。

作为这样的面向锂离子二次电池等的保护电路的保护元件，使用在保护元件内部具有发热体，通过该发热体的发热将电流路径上的可熔导体熔断的构造。

现有技术文献

专利文献

专利文献1：日本特开2015－53260号公报

发明内容

发明所要解决的课题

近年来，锂离子二次电池的用途越来越广，研究更大电流的用途，例如用于电动螺丝刀等电动工具、混合动力车、电动汽车、电动助力自行车等输送设备，且开始了一部分应用。在这些用途中，特别是在启动时等有时流通超过数10A～100A这样的大电流。期望实现对应于这种大电流容量的保护元件。

为了实现对应于这种大电流的保护元件，提出了如下保护元件：使用增大了截面积的可熔导体，在该可熔导体的表面连接有形成发热体的绝缘基板。

图17、图18、图19是表示假定大电流用途的保护元件的一结构例的图，图17是外观立体图，图18是剖视图，图19是省略上侧壳体而表示的俯视图。图17所示的保护元件100通过在与电池的充放电电路等外部电路连接的第一、第二外部连接端子101、102之间连接有可熔导体103，构成该外部电路的一部分，在过电压等异常时，可熔导体103熔融，由此切断第一外部连接端子101与第二外部连接端子102之间的电流路径。

保护元件100具备绝缘基板105、与外部电路连接的第一、第二外部连接端子101、102、并列于绝缘基板105的表面的两个发热体106、包覆发热体106的绝缘层107、层叠于绝缘层107上并且与发热体106连接的表面电极108、遍及第一外部连接端子101、表面电极108、以及第二外部连接端子102经由焊膏而搭载的可熔导体103。

保护元件100中，第一、第二外部连接端子101、102遍及元件箱体的内外而设置，通过螺纹固定等与设于安装保护元件100的外部电路基板的连接电极连接，由此，可熔导体103组入形成于外部电路基板上的电流路径的一部分。

发热体106是电阻值较高且具有当通电时发热的导电性的部件，由例如镍铬合金、W、Mo、Ru等或包含它们的材料构成。另外。发热体106与形成于绝缘基板105的表面上的发热体供电电极109连接。发热体供电电极109经由焊膏与第三外部连接端子110连接。保护元件100中，第三外部连接端子110与设于安装保护元件100的外部电路基板的连接电极连接，由此，发热体106与设于外部电路的外部电源连接。而且，发热体106的通电及发热始终通过未图示的开关元件等被控制。

发热体106被由玻璃层等构成的绝缘层107包覆，并且在绝缘层107上形成有表面电极108，由此经由绝缘层107重叠有表面电极108。另外，在表面电极108上经由焊膏连接有遍及第一、第二外部连接端子101、102之间而连接的可熔导体103。

由此，保护元件100的发热体106和可熔导体103通过重叠而热连接，当发热体106通过通电而发热时，能够将可熔导体103熔断。

可熔导体103由无Pb焊料等低熔点金属、Ag、Cu或以它们为主成分的合金等高熔点金属形成，或者具有低熔点金属与高熔点金属的层叠构造。而且，可熔导体103从第一外部连接端子101横跨表面电极108连接至第二外部连接端子102，由此构成装入有保护元件100的外部电路的电流路径的一部分。而且，可熔导体103通过流通超过额定的电流，利用自身发热(焦耳热)而熔断、或者利用发热体106的发热而熔断，将第一、第二外部连接端子101、102之间切断。

而且，就保护元件100而言，当需要将外部电路的电流路径切断时，通过开关元件向发热体106通电。由此，保护元件100的发热体106发热成高温，将装入外部电路的电流路径上的可熔导体103熔融。可熔导体103的熔融导体被润湿性高的表面电极108及第一、第二外部连接端子101、102吸引，由此，可熔导体103熔断。因此，保护元件100能够使第一外部连接端子101～表面电极108～第二外部连接端子102之间熔断，切断外部电路的电流路径。

保护元件100具有下侧壳体111和上侧壳体112，这些下侧壳体111和上侧壳体112接合而构成保护元件100的箱体113。下侧壳体111支撑绝缘基板105、第一、第二外部连接端子101、102、以及第三外部连接端子110。上侧壳体112具有容纳上述的元件内部结构的空间。向下侧壳体111的外侧缘部供给粘接剂，通过与上侧壳体112对顶而接合。

在此，保护元件100为了应对大电流用途，如上述地，要求可熔导体103的大型化、发热体106的发热量的增加。但是，随之而来地，可熔导体103熔断时的热冲击也增大，且壳体内部的空气急剧膨胀，因此，如图20所示，有可能产生上侧壳体112的脱落。对于这种问题，还提出了使箱体113具有耐受该压力的接合强度、或者设置开口部排放压力的方法。

但是，为了提高箱体的强度，需要由陶瓷等形成筒状或箱状的构造，存在成本变高的问题。另外，即使在设置开口部的情况下，也存在在开口部不在适当的位置的情况下，熔丝元件熔断时的气化物质向元件周边喷出，产生电子设备内部的污损、意外的短路的风险等不能确保适当的绝缘性的问题。

因此，本技术的目的在于提供一种通过设于箱体的开口部排放箱体内部的压力，防止元件的破坏，并且能够确保适当的绝缘性的保护元件及使用了该保护元件的电池组。

用于解决课题的方案

为了解决上述课题，本技术的保护元件具备：可熔导体；第一外部连接端子及第二外部连接端子，其与上述可熔导体的两端部连接；以及箱体，其具有下侧壳体和上侧壳体，上述第一外部连接端子及上述第二外部连接端子各一端从上述箱体导出，上述箱体面向上述第一外部连接端子的表面形成有第一开口部，面向上述第二外部连接端子的表面形成有第二开口部。

另外，本技术的电池组具备：一个以上的电池单元；以及保护元件，其连接于上述电池单元的充放电路径上，将该充放电路径切断，上述保护元件具备：可熔导体；第一外部连接端子及第二外部连接端子，其与上述可熔导体的两端部连接；以及箱体，其具有下侧壳体和上侧壳体，上述第一外部连接端子及上述第二外部连接端子各一端从上述箱体导出，上述箱体面向上述第一外部连接端子的表面形成有第一开口部，面向上述第二外部连接端子的表面形成有第二开口部。

发明效果

根据本技术，面向第一外部连接端子的表面形成有第一开口部，面向第二外部连接端子的表面形成有第二开口部，从而能够排出可熔导体熔断时在箱体的内部急剧膨胀的空气，防止内压的急上升导致的箱体的破损。另外，根据本技术，可熔导体的熔融导体及其气化物质即使在从第一、第二开口部飞散到箱体的外部的情况下，也能够捕集于第一、第二外部连接端子。由此，保护元件能够排出箱体内部的压力，防止元件的破坏，并且使从第一、第二开口部喷出的熔融导体及其气化物质不会附着于元件周边，防止电子设备内部的污损及意外的短路的风险。

附图说明

图1是应用了本技术的保护元件的外观立体图。

图2是应用了本技术的保护元件的剖视图。

图3是本技术的保护元件的省略上侧壳体而表示的俯视图。

图4是表示在应用了本技术的保护元件中可熔导体熔断的状态的剖视图。

图5是应用了本技术的保护元件的侧视图。

图6是应用了本技术的保护元件的侧视图。

图7是应用了本技术的保护元件的侧视图。

图8是应用了本技术的保护元件的侧视图。

图9是应用了本技术的保护元件的侧视图。

图10是应用了本技术的保护元件的俯视图。

图11是可熔导体的外观立体图。

图12是表示电池组的结构例的电路图。

图13是应用了本技术的保护元件的电路图。

图14是表示应用了本技术的保护元件的变形例的剖视图。

图15是变形例的保护元件的电路图。

图16是表示在变形例的保护元件中可熔导体熔断的状态的剖视图。

图17是表示对应大电流的保护元件的外观立体图。

图18是图17所示的保护元件的剖视图。

图19是省略上侧壳体表示图17所示的保护元件的俯视图。

图20是表示在图17所示的保护元件中因可熔导体熔断时的内压而使上侧壳体脱落的状态的立体图。

具体实施方式

以下，参照附图对应用了本技术的保护元件、电池组详细地进行说明。此外，本技术不仅限定于以下的实施方式，在不脱离本技术的宗旨的范围内显然能够进行各种变更。另外，附图为示意性的图，各尺寸的比率等有时与实际不同。具体的尺寸等应参考以下的说明来判断。另外，当然，附图彼此间也包含彼此的尺寸的关系及比率不同的部分。

[第一实施方式]

图1、图2、图3表示应用了本技术的保护元件1。保护元件1具备：绝缘基板2；可熔导体3，其搭载于绝缘基板2的表面；以及箱体6，其具有支撑绝缘基板2的背面的下侧壳体4和覆盖绝缘基板2的表面的上侧壳体5，且通过使下侧壳体4和上侧壳体5接合而收纳绝缘基板2。另外，保护元件1具有第一、第二外部连接端子7、8。第一、第二外部连接端子7、8遍及箱体6的内外而设置，通过螺纹固定等与设于安装保护元件1的外部电路的连接电极连接。第一、第二外部连接端子7、8支撑于下侧壳体4，并且，各一端通过可熔导体3连接。而且，保护元件1经由第一、第二外部连接端子7、8装入外部电路，由此，可熔导体3构成该外部电路的电流路径的一部分，通过利用后述的发热体10的发热、或者超过额定的过电流而熔断，能够将电流路径切断。

[绝缘基板]

绝缘基板2例如由氧化铝、玻璃陶瓷、莫来石、氧化锆等具有绝缘性的部件形成。另外，绝缘基板2也可以使用用于玻璃环氧基板、酚醛基板等印刷配线基板的材料。在图3所示的绝缘基板2中，将经由后述的表面电极11连接的可熔导体3的延伸方向的两侧缘设为第一侧缘部2c，将形成有后述的发热体电极15及发热体供电电极16的两侧缘设为第二侧缘部2d。

[发热体]

将可熔导体3熔断的发热体10是电阻值较高且具有当通电时发热的导电性的部件，由例如镍铬合金、W、Mo、Ru、Cu、Ag、或者以它们为主成分的合金等构成。将这些合金或组合物、化合物的粉状体与树脂粘合剂等混合形成膏状，使用丝网印刷技术在绝缘基板2的表面2a对该膏状体进行图案形成，并进行烧成等，由此形成发热体10。

发热体10在绝缘基板2的表面2a上被绝缘层9包覆。在绝缘层9上层叠有后述的表面电极11。绝缘层9实现发热体10的保护及绝缘，并且为了将发热体10的热效率良好地传递到表面电极11及可熔导体3而设置，由例如玻璃层构成。

发热体10的一端与形成于绝缘基板2的表面2a的发热体电极15连接。另外，发热体电极15与形成于绝缘层9上的表面电极11连接。由此，发热体10与搭载于表面电极11上的可熔导体3电连接。另外，发热体10的另一端与发热体供电电极16连接。发热体供电电极16形成于绝缘基板2的表面2a，并且经由焊膏等连接材料20与第三外部连接端子17连接，经由该第三外部连接端子17与外部电路连接。而且，通过保护元件1与外部电路连接，发热体10经由第三外部连接端子17装入形成于外部电路的对发热体10的供电路径。

另外，如图3所示，发热体10形成为通电方向为与可熔导体3的通电方向交叉的方向，发热体电极15及发热体供电电极16形成于第二侧缘部2d，这在有效地使用绝缘基板2的面积上是优选的。

另外，也可以在绝缘基板2的表面形成有多个发热体10。在图3所示的保护元件1的例子中，形成两个发热体10。各发热体10一端与发热体电极15连接，另一端与发热体供电电极16连接，且电并联连接。

此外，保护元件1也可以将发热体10形成于层叠于绝缘基板2的表面2a的绝缘层9的内部。另外，保护元件1也可以将发热体10形成于绝缘基板2的内部。另外，保护元件1也可以将发热体10形成于绝缘基板2的背面2b。此外，在将发热体10形成于绝缘基板2的背面2b的情况下，发热体10一端与形成于绝缘基板2的背面2b的背面电极连接，且经由贯通背面电极及表面电极11之间的导电贯通孔与搭载于表面电极11上的可熔导体2电连接。另外，发热体10另一端经由形成于绝缘基板2的背面2b的发热体供电电极与第三外部连接端子17连接。

[表面电极]

在绝缘层9上形成有经由发热体电极15与发热体10连接，并且与可熔导体3连接的表面电极11。表面电极11经由焊膏等接合材料20与可熔导体3连接。另外，表面电极11当可熔导体3熔融时使熔融导体3a凝聚，由此能够将可熔导体3熔断。

表面电极11也可以形成吸引孔12。当可熔导体3熔融时，吸引孔12通过毛细管现象吸引该熔融导体3a，使保持于表面电极11上保持的熔融导体3a的体积减少(参照图4)。保护元件1为了对应大电流用途而增大可熔导体3的截面积，由此，即使在熔融量增大的情况下，通过使吸引孔12吸引，也能够使熔融导体3a的体积减少。具有这种结构的绝缘基板2构成如下熔断部件18：当发热体10被通电、发热时，通过该热使可熔导体3熔融，将其熔融导体3a吸引到吸引孔12而切断。

由此，保护元件1使在表面电极11上保持的熔融导体3a的体积减少，更可靠地实现第一、第二外部连接端子7、8间的绝缘，另外，减轻可熔导体3熔断时产生的电弧放电所导致的熔融导体3a的飞散，防止绝缘电阻的降低，进一步地，能够防止可熔导体3向搭载位置的周边电路的附着导致的短路故障。

在吸引孔12的内表面形成有导电层13。通过形成导电层13，吸引孔12能够容易地吸引熔融导体3a。导电层13由例如铜、银、金、铁、镍、钯、铅、锡中的任一个、或者以任一个为主成分的合金形成，能够通过电镀或导电膏的印刷等公知的方法形成吸引孔12的内表面。另外，导电层13也可以通过向吸引孔12内插入多个金属丝、具有导电性的带的集合体而形成。

另外，吸引孔12优选形成为在绝缘基板2的厚度方向上贯通的贯通孔。由此，吸引孔12能够将熔融导体3a吸引至绝缘基板2的背面2b侧，能够吸引更多的熔融导体3a，使熔断部位的熔融导体3a的体积减少。此外，吸引孔12也可以形成为非贯通孔。

吸引孔12的导电层13与形成于绝缘基板2的表面2a的表面电极11连续。表面电极11支撑可熔导体3，并且使熔融导体3a凝聚，因此，通过使表面电极11和导电层13连续，能够将熔融导体3a容易地导入吸引孔12内。

此外，导电层13及表面电极11被发热体10加热，由此能够将可熔导体3的熔融导体3a容易地吸引到吸引孔12内，并且，能够容易地凝聚于表面电极11上。因此，保护元件1能够促进从表面电极11经由导电层13向吸引孔12吸引熔融导体3a的作用，可靠地将可熔导体3熔断。

另外，在绝缘基板2的背面2b也可以形成与吸引孔12的导电层13连接的背面电极14。背面电极14与导电层13连续，由此当可熔导体3熔融时，经由吸引孔12移动的熔融导体3a凝聚(参照图4)。由此，保护元件1能够吸引更多的熔融导体3a，使熔断部位的熔融导体3a的体积减少。

此外，保护元件1也可以通过形成多个吸引孔12，使吸引可熔导体3的熔融导体3a的路径增加，吸引更多的熔融导体3a，从而使熔断部位的熔融导体3a的体积减少。此时，多个吸引孔12也可以遍及表面电极11和可熔导体3重叠的可熔导体3的宽度方向而形成。另外，吸引孔12也可以形成于熔融导体3a濡湿扩散的表面电极11和可熔导体3不重叠的区域。

另外，在并列设置两个发热体10的情况下，在形成于绝缘基板2的表面2a、背面2b及内部的任一个的情况下，在将表面电极11及背面电极14加热，且吸引凝聚更多的熔融导体3a的方面，优选形成于吸引孔12的两侧。

[箱体]

接着，对保护元件1的箱体6进行说明。箱体6通过将下侧壳体4和上侧壳体5利用粘接剂接合而形成。箱体6例如能够使用各种工程塑料、热塑性塑料、陶瓷等具有绝缘性的部件形成。另外，为了在绝缘基板2的表面2a上可熔导体3熔融时膨胀成球状，熔融导体3a凝聚于表面电极11、第一、第二外部连接端子7、8上，箱体6具有充分的内部空间。

[下侧壳体]

如图2所示，下侧壳体4在大致中央部设有中空地保持绝缘基板2的中央部的凹面部23。下侧壳体4沿着凹面部23的侧缘支撑绝缘基板2的外侧缘。通过设置凹面部23，下侧壳体4与绝缘基板2的接触面积减少，能够抑制发热体10的热被下侧壳体4吸收。因此，保护元件1能够将发热体10的热效率良好地传递到可熔导体3，能够更快速地熔断。特别是，通过将凹面部23设于下侧壳体4的大致中央部，发热体10的正下方为中空，能够抑制发热体10的热向下侧壳体4的散热。

[上侧壳体]

上侧壳体5覆盖形成于绝缘基板2的表面2a上的可熔导体3、第一、第二外部连接端子7、8，且具有能够使熔断的可熔导体3a凝聚于表面电极11及第一、第二外部连接端子7、8上的内部空间。

此外，上侧壳体5在与下侧壳体4对接的侧壁的下端面形成有用于遍及箱体6的内外配设支撑于下侧壳体4的第一、第二外部连接端子7、8及第三外部连接端子17的凹部。该凹部形成于与第一、第二外部连接端子7、8及第三外部连接端子17的配设位置对应的位置，且凹部具有与第一、第二外部连接端子7、8及第三外部连接端子17的形状相应的形状。因此，箱体6能够使下侧壳体4和上侧壳体5无间隙地对接接合，并且使第一、第二外部连接端子7、8及第三外部连接端子17导出到箱体外。

[第一～第三开口部]

另外，应用了本技术的保护元件1面向第一外部连接端子7的表面形成有第一开口部24，面向第二外部连接端子8的表面形成有第二开口部25。另外，保护元件1面向第三外部连接端子17的表面形成有第三开口部26。

保护元件1当为了应对大电流用途而可熔导体3大型化、或者发热体10的发热量增加时，可熔导体3熔断时的内压的上升引起的对箱体6的负荷变大。保护元件1通过形成有第一～第三开口部24～26，能够排放可熔导体3熔断时在箱体6的内部急剧膨胀的空气，防止内压的急上升导致的箱体6的破损。

第一开口部24面向第一外部连接端子7的表面而形成，第二开口部25面向第二外部连接端子8的表面而形成，第三开口部26面向第三外部连接端子17的表面而形成。第一～第三开口部24～26形成于上侧壳体5的下侧缘，因此，在由LCP(Liquid Crystal Polymer)等塑料成型下侧壳体4及上侧壳体5的情况下等，成型性优异，且在其它材料及制造工序中，加工性也优异。

第一～第三外部连接端子7、8、17导出到箱体6的外部，并且与外部电路的电极端子连接，因此与通过发热体10的发热或过电流引起的自身发热熔断的可熔导体3的熔融导体3a及其气化物质相比，温度显著低。另外，具有导电性的第一～第三外部连接端子7、8、17相对于熔融导体3a的润湿性优异。因此，穿过了第一～第三开口部24～26的熔融导体3a及其气化物质与面向第一～第三开口部24～26的第一～第三外部连接端子7、8、17容易接触，而且通过接触，被急剧冷却。

因此，在保护元件1中，可熔导体3的熔融导体3a及其气化物质即使在从第一～第三开口部24～26飞散到箱体6的外部的情况下，也能够附着于金属制的第一、第二外部连接端子7、8及第三外部连接端子17而捕集。由此，保护元件1能够排放箱体内部的压力，防止元件的破坏，并且使从第一～第三开口部24～26喷出的熔融导体3a及其气化物质不会附着于元件周边，能够防止电子设备内部的污损及意外的短路的风险。

第一～第三开口部24～26形成于上侧壳体5的侧面的下缘部，面向通过下侧壳体4和上侧壳体5接合而从下侧壳体4与上侧壳体5之间配设于箱体6的内外的第一～第三外部连接端子7、8、17。

另外，第一～第三外部连接端子7、8、17与搭载有可熔导体3的绝缘基板2同样地支撑于下侧壳体4，因此第一～第三开口部24～26通过形成于上侧壳体5的侧面的下缘部，在与可熔导体3大致相同的平面上开口，膨胀空气的流动排出顺畅。

第一～第三开口部24～26的形状没有特别限制，在侧视下，可以采用矩形(图5)、圆形(图6)、三角形(图7)、半圆柱型(图8)、椭圆形、梯形等各种形状。其中，优选三角形、梯形等、在侧视下，下侧的宽度比上侧的宽度宽。通过扩大下侧的宽度，能够使穿过第一～第三开口部24～26的熔融导体3a及其气化物质与面向第一～第三开口部24～26的下方的第一～第三外部连接端子7、8、17接触而容易捕集。另外，圆形、椭圆形的第一～第三开口部24～26容易捕集球状的熔融导体3a。

另外，第一～第三开口部24～26优选形成有多个。这是因为能够捕集更多的熔融导体3a及其气化物质。分别形成有多个的各第一～第三开口部24～26分别可以为相同大小、相同形状，也可以为不同的形状。例如，形成于第一～第三外部连接端子7、8、17的宽度方向的中央附近的第一～第三开口部24～26形成为比形成于第一～第三外部连接端子7、8、17的宽度方向的侧缘侧的第一～第三开口部24～26大，由此，能够在端子中央附近捕集更多的熔融导体3a及其气化物质。

另外，第一、第二开口部24、25在切断导通的第一、第二外部连接端子7、8侧开口，因此通过将熔融导体3a排出到箱体外，能够防止箱体内的熔融导体3a的滞留，在提高绝缘性上是有利的。因此，也可以使第一、第二开口部24、25的数量比第三开口部26的数量多。或者也可以使第一、第二开口部24、25的开口径的总面积比第三开口部26的开口径的总面积大。

此外，保护元件1中，除了第一～第三开口部24～26，在面向第一～第三外部连接端子7、8、17的部位以外的部位也可以形成辅助开口部27。辅助开口部27主要是用于释放箱体6内的内压的开口部，其形成部位不限。例如，可以如图9所示地，辅助开口部27形成于上侧壳体5的侧壁的上侧缘附近。另外，也可以如图10所示地，形成于上侧壳体5的顶面。

[可熔导体]

接着，对可熔导体3进行说明。可熔导体3遍及第一及第二外部连接端子7、8之间而安装，通过发热体10的通电引起的发热、或者流通超过额定的电流，利用自身发热(焦耳热)熔断，将第一外部连接端子7与第二外部连接端子8之间的电流路径切断。

可熔导体3只要是通过发热体10的通电引起的发热、或过电流状态而熔融的导电性的材料即可，例如，除了SnAgCu系的无Pb焊料，还能够使用BiPbSn合金、BiPb合金、BiSn合金、SnPb合金、PbIn合金、ZnAl合金、InSn合金、PbAgSn合金等。

另外，可熔导体3也可以是含有高熔点金属和低熔点金属的结构体。例如，如图11所示，可熔导体3是由内层和外层构成的层叠结构体，具有低熔点金属层31作为内层，具有高熔点金属层32作为层叠于低熔点金属层31的外层。可熔导体3经由焊膏等接合材料20连接到第一、第二外部连接端子7、8及表面电极11上。

低熔点金属层31优选为焊料或以Sn为主成分的金属，是通常称为“无Pb焊料”的材料。低熔点金属层31的熔点不必一定比回流炉的温度高，也可以在200℃左右熔融。高熔点金属层32为层叠于低熔点金属层31的表面的金属层，例如为Ag或Cu或以它们中的任一种为主成分的金属，具有在通过回流焊进行第一、第二外部连接端子7、8及表面电极11与可熔导体3的连接的情况下也不会熔融的高的熔点。

这种可熔导体3能够通过使用电镀技术在低熔点金属箔成膜高熔点金属层而形成，或者使用其它公知的层叠技术、膜形成技术形成。此时，可熔导体3可以为低熔点金属层31的整个面被高熔点金属层32包覆的构造，也可以为除了对置的一对侧面被包覆的构造。此外，可熔导体3可以构成为将高熔点金属层32设为内层，将低熔点金属层31设为外层，另外，形成低熔点金属层和高熔点金属层交替层叠的三层以上的多层结构、在外层的一部分设置开口部而使内层的一部分露出等、能够通过各种结构形成。

可熔导体3在成为内层的低熔点金属层31层叠高熔点金属层32作为外层，由此，即使在回流焊温度超过了低熔点金属层31的熔融温度的情况下，也能够作为可熔导体3维持形状，而不至于熔断。因此，保护元件1能够通过回流焊效率良好地进行第一、第二外部连接端子7、8及表面电极11与可熔导体3的连接。另外，保护元件1即使通过回流焊也能够防止因电阻值随着可熔导体3的变形局部地变高或变低等而在预定的温度不会熔断、或在低于预定的温度熔断等熔断特性的变动。

另外，可熔导体3在流通预定的额定电流的期间，不会因自身发热而熔断。而且，当流通比额定高的值的电流时，通过自身发热而熔融，切断第一、第二外部连接端子7、8之间的电流路径。另外，可熔导体3通过发热体10被通电发热而熔融，切断第一、第二外部连接端子7、8之间的电流路径。

此时，可熔导体3通过使熔融的低熔点金属层31侵蚀(焊料侵蚀)高熔点金属层32，高熔点金属层32在比熔融温度低的温度熔解。因此，可熔导体3能够利用低熔点金属层31对高熔点金属层32的侵蚀作用短时间熔断。另外，可熔导体3的熔融导体3a被表面电极11及第一、第二外部连接端子7、8的物理的吸引作用分断，因此，能够快速且可靠地切断第一、第二外部连接端子7、8之间的电流路径(图5)。

另外，可熔导体3优选将低熔点金属层31的体积形成为比高熔点金属层32的体积大。可熔导体3被过电流引起的自身发热或发热体10的发热加热，通过使低熔点金属熔融来将侵蚀高熔点金属，由此能够快速地熔融、熔断。因此，可熔导体3通过将低熔点金属层31的体积形成为比高熔点金属层32的体积大，能够促进该侵蚀作用，将第一、第二外部连接端子7、8之间快速地切断。

另外，可熔导体3通过在成为内层的低熔点金属层31层叠高熔点金属层32而构成，因此，能够将熔断温度比现有的由高熔点金属构成的片形熔丝等大幅降低。因此，与同一尺寸的片形熔丝等相比，可熔导体3能够增加截面积，能够大幅提高电流额定。另外，与具有相同的电流额定的现有的片形熔丝相比，能够实现小型化、薄型化，且快速熔断性优异。

另外，可熔导体3能够提高对装入有保护元件1的电气系统瞬间施加异常高的电压的浪涌的耐性(耐脉冲性)。即，可熔导体3在例如100A的电流流通数msec的情况下也不会熔断。这一点是因为极短时间流通的大电流流通于导体的表层(表皮效果)，可熔导体3设置有电阻值低的镀Ag等高熔点金属层32作为外层，因此容易流通过由浪涌施加的电流，能够防止自身发热导致的熔断。因此，与现有的由焊料合金构成的熔丝相比，可熔导体3能够大幅提高对浪涌的耐性。

此外，可熔导体3也可以为了抗氧化、及提高熔断时的润湿性等而涂布助熔剂(未图示)。

[电路结构例]

如图12所示，这种保护元件1例如装入锂离子二次电池的电池组33内的电路而使用。电池组33例如具有由合计四个的锂离子二次电池的电池单元34a～34d构成的电池堆栈35。

电池组33具备：电池堆栈35；充放电控制电路36，其控制电池堆栈35的充放电；保护元件1，其在电池堆栈35的异常时切断充放电路径，且应用了本发明；检测电路37，其检测各电池单元34a～34d的电压；以及作为开关元件的电流控制元件38，其根据检测电路37的检测结果控制保护元件1的动作。

电池堆栈35串联连接有需要用于免于过充电及过放电状态的控制的电池单元34a～34d，且经由电池组33的正极端子33a、负极端子33b可装卸地连接于充电装置29，被施加来自充电装置29的充电电压。通过充电装置29被充电的电池组33将正极端子33a、负极端子33b连接于通过电池动作的电子设备，由此能够使该电子设备动作。

充放电控制电路36具备串联连接于电池堆栈35与充电装置29之间的电流路径的两个电流控制元件39a、39b和控制这些电流控制元件39a、39b的动作的控制部40。电流控制元件39a、39b例如由场效应晶体管(以下称为FET。)构成，通过由控制部40控制栅极电压，控制电池堆栈35的向电流路径的充电方向和/或放电方向的导通和切断。控制部40从充电装置29接受电力供给而动作，根据检测电路37的检测结果，在电池堆栈35为过放电或过充电时，控制电流控制元件39a、39b的动作，以将电流路径切断。

保护元件1例如连接于电池堆栈35与充放电控制电路36之间的充放电电流路径上，其动作由电流控制元件38来控制。

检测电路37与各电池单元34a～34d连接，检测各电池单元34a～34d的电压值，并将各电压值供给至充放电控制电路36的控制部40。另外，检测电路37在电池单元34a～34d的任一个为过充电电压或过放电电压时，输出控制电流控制元件38的控制信号。

电流控制元件38例如由FET构成，根据从检测电路37输出的检测信号进行控制，以在电池单元34a～34d的电压值为超过预定的过放电或过充电状态的电压时，使保护元件1动作，不论电流控制元件39a、39b的开关动作如何，都将电池堆栈35的充放电电流路径切断。

用于由以上的结构构成的电池组33的、应用了本发明的保护元件1具有图13所示的电路结构。即，保护元件1中，第一外部连接端子7与电池堆栈35侧连接，第二外部连接端子8与正极端子33a侧连接，由此，可熔导体3串联地连接于电池堆栈35的充放电路径上。另外，保护元件1中，发热体10经由发热体供电电极16及第三外部连接端子17与电流控制元件38连接，并且，发热体10与电池堆栈35的开放端连接。由此，发热体10将一端经由表面电极11与可熔导体3及电池堆栈35的一方的开放端连接，将另一端经由第三外部连接端子17与电流控制元件38及电池堆栈35的另一方的开放端连接。由此，形成由电流控制元件38控制通电的向发热体10的供电路径。

[保护元件的动作]

当检测电路37检测到电池单元34a～34d的任一个的异常电压时，向电流控制元件38输出切断信号。于是，电流控制元件38控制电流，以向发热体10通电。保护元件1中，电流从电池堆栈35流向发热体10，由此，发热体10开始发热。保护元件1通过发热体10的发热而使可熔导体3熔断，切断电池堆栈35的充放电路径。另外，保护元件1通过将可熔导体3形成为含有高熔点金属和低熔点金属，能够在高熔点金属熔断前使低熔点金属熔融，并利用熔融的低熔点金属对高熔点金属的侵蚀作用使可熔导体3以短时间熔解。

保护元件1通过可熔导体3熔断，也将向发热体10的供电路径切断，因此，发热体10的发热停止。

此外，保护元件1在超过额定的过电流流通于电池组33的情况下，能够使可熔导体3通过自身发热而熔融，切断电池组33的充放电路径。

在此，保护元件1面向第一外部连接端子7的表面形成有第一开口部24，面向第二外部连接端子8的表面形成有第二开口部25。另外，保护元件1面向第三外部连接端子17的表面形成有第三开口部26。因此，保护元件1能够排放箱体内部的压力，防止元件的破坏。

另外，保护元件1即使在可熔导体3的熔融导体3a及其气化物质从第一～第三开口部24～26飞散到箱体6的外部的情况下，也能够捕集到第一、第二外部连接端子7、8及第三外部连接端子17。由此，在保护元件1中，从第一～第三开口部24～26喷出的熔融导体3a及其气化物质不会附着于元件周边，能够防止电子设备内部的污损及意外的短路的风险。

这样，保护元件1通过发热体10的通电引起的发热、或者过电流引起的可熔导体3的自身发热使可熔导体3熔断。此时，保护元件1即使在暴露于将可熔导体3回流安装到第一、第二外部连接端子7、8、表面电极11等的高温环境下的情况下，由于具有低熔点金属被高熔点金属包覆的构造，因此，可熔导体3的变形被抑制。因此，能够防止可熔导体3的变形导致的电阻值的变动等引起的熔断特性的变动，能够通过预定的过电流、发热体10的发热快速地熔断。

本发明的保护元件1不限于用于锂离子二次电池的电池组的情况，当然可以应用于需要利用了电信号的电流路径的切断的各种用途。

[变形例]

接着，对应用了本技术的保护元件的变形例进行说明。此外，在以下的说明中，有时对与上述的保护元件1相同的结构标注相同的符号，并省略其详情。如图14所示，变形例的保护元件50也可以使可熔导体3被多个熔断部件18夹持。图14所示的保护元件50在可熔导体3的一方的面及另一方的面分别配设有熔断部件18。图15是保护元件50的电路图。配设于可熔导体3的表面及背面的各熔断部件18各自发热体10的一端经由形成于各绝缘基板2的发热体电极15及表面电极11与可熔导体3连接，发热体10的另一端经由形成于各绝缘基板2的发热体供电电极16及第三外部连接端子17与用于使发热体10发热的电源连接。

另外，如图16所示，保护元件50在通过发热体10的发热将可熔导体3熔断时，连接于可熔导体3的两面的各熔断部件18、18的发热体10发热，从可熔导体3的两面加热。因此，保护元件50即使在为了应对大电流用途而使可熔导体3的截面积增大的情况下，也能够快速地将可熔导体3加热、熔断。

在保护元件50中也具有与上述的保护元件1相同的箱体6，面向第一外部连接端子7的表面形成有第一开口部24，面向第二外部连接端子8的表面形成有第二开口部25。另外，保护元件50面向第三外部连接端子17的表面形成有第三开口部26。

另外，保护元件50从可熔导体3的两面将熔融导体3a向形成于各熔断部件18的绝缘基板2的各吸引孔12内吸引。因此，保护元件50即使在为了应对大电流用途而使可熔导体3的截面积增大，大量产生熔融导体3a的情况下，也能够通过多个熔断部件18吸引，使可熔导体3可靠地熔断。另外，保护元件50通过多个熔断部件18吸引熔融导体3a，由此能够使可熔导体3更快速地熔断。

保护元件50在使用了用高熔点金属包覆构成内层的低熔点金属的包覆构造作为可熔导体3的情况下，也能够使可熔导体3快速地熔断。即，被高熔点金属包覆的可熔导体3在发热体10发热的情况下，加热至外层的高熔点金属熔融的温度需要时间。在此，保护元件50具备多个熔断部件18，通过使各发热体10同时发热，能够将外层的高熔点金属快速加热至熔融温度。因此，根据保护元件50，能够加厚构成外层的高熔点金属层的厚度，能够实现更高额定化，并且维持迅速熔断特性。

另外，如图14所示，保护元件50优选一对熔断部件18、18对置地连接于可熔导体3。由此，保护元件50能够利用一对熔断部件18、18将可熔导体3的同一部位从两面侧同时加热，并且吸引熔融导体3a，能够将可熔导体3更快速加热、熔断。

另外，保护元件50中，优选形成于一对熔断部件18、18的各绝缘基板2的表面电极11隔着可熔导体3相互对置。由此，通过一对熔断部件18、18对称地连接，能够在回流安装时等，对可熔导体3施加负荷的对象不会不平衡，能够提高对变形的耐性。

此外，发热体10在形成于绝缘基板2的表面2a、背面2b的任一的情况下，在将表面电极11及背面电极14加热，且可以凝聚、吸引更多的熔融导体3a方面，优选形成于吸引孔12的两侧。

符号说明

1—保护元件，2—绝缘基板，2a—表面，2b—背面，2c—第一侧缘部，2d—第二侧缘部，3—可熔导体，3a—熔融导体，4—下侧壳体，5—上侧壳体，6—箱体，7—第一外部连接端子，8—第二外部连接端子，9—绝缘层，10—发热体，11—表面电极，12—吸引孔，13—导电层，14—背面电极，15—发热体电极，16—发热体供电电极，17—第三外部连接端子，18—熔断部件，20—接合材料，24—第一开口部，25—第二开口部，26—第三开口部，29—充电装置，31—低熔点金属层，32—高熔点金属层，33—电池组，33a—正极端子，33b—负极端子，34—电池单元，35—电池堆栈，36—充放电控制电路，37—检测电路，38—电流控制元件，39—电流控制元件，40—控制部，50—保护元件，100—保护元件。

Claims (10)

1.一种保护元件，其特征在于，具备：

可熔导体；

第一外部连接端子及第二外部连接端子，其与上述可熔导体的两端部连接；以及

箱体，其具有下侧壳体和上侧壳体，

上述第一外部连接端子及上述第二外部连接端子各一端从上述箱体导出，

上述箱体面向上述第一外部连接端子的表面形成有第一开口部，面向上述第二外部连接端子的表面形成有第二开口部。

2.根据权利要求1所述的保护元件，其特征在于，

上述第一外部连接端子、第二外部连接端子从上述下侧壳体与上述上侧壳体之间导出，

上述第一开口部、第二开口部形成于上述上侧壳体的侧面的下缘部。

3.根据权利要求1或2所述的保护元件，其特征在于，

具有在表面搭载有上述可熔导体的绝缘基板，

上述绝缘基板将背面支撑于上述下侧壳体，

上述绝缘基板具备发热体和与上述发热体连接且成为上述发热体的供电端子的第三外部连接端子，

上述第三外部连接端子各一端从上述箱体导出，

上述箱体面向上述第三外部连接端子的表面形成有第三开口部。

4.根据权利要求3所述的保护元件，其特征在于，

上述第三外部连接端子从上述下侧壳体与上述上侧壳体之间导出，

上述第三开口部形成于上述上侧壳体的侧面的下缘部。

5.根据权利要求1或2所述的保护元件，其特征在于，

上述第一开口部、上述第二开口部的至少一个在侧视下下侧的宽度比上侧的宽度宽。

6.根据权利要求3所述的保护元件，其特征在于，

上述第三开口部在侧视下下侧的宽度比上侧的宽度宽。

7.根据权利要求1或2所述的保护元件，其特征在于，

形成有多个上述第一开口部及上述第二开口部。

8.根据权利要求3所述的保护元件，其特征在于，

形成有多个上述第三开口部。

9.根据权利要求1或2所述的保护元件，其特征在于，

在上述第一外部连接端子及上述第二外部连接端子导出的部位以外的部位也形成有辅助开口部。

10.一种电池组，其特征在于，具备：

一个以上的电池单元；以及

保护元件，其连接于上述电池单元的充放电路径上，将该充放电路径切断，

上述保护元件具备：

可熔导体；

第一外部连接端子及第二外部连接端子，其与上述可熔导体的两端部连接；以及

箱体，其具有下侧壳体和上侧壳体，

上述第一外部连接端子及上述第二外部连接端子各一端从上述箱体导出，

上述箱体面向上述第一外部连接端子的表面形成有第一开口部，面向上述第二外部连接端子的表面形成有第二开口部。

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