CN114270468A - 保护元件、电池组 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种控制针对下侧壳体的吸热，能够安全且快速地切断电流路径的保护元件及使用了该保护元件的电池组。该保护元件具备：可熔导体(3)；以及箱体(6)，其具有下侧壳体(4)和上侧壳体(5)，通过下侧壳体(4)和上侧壳体(5)接合而形成，下侧壳体(4)形成有凹面部(23)，在凹面部(23)的对置的侧缘设有支撑部(21)，在与设有支撑部(21)的凹面部(23)的侧缘大致正交的侧缘设有中空部(22)。

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2019－157430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设置于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20是表示假定大电流用途的保护元件的一结构例的图，图17是俯视图，图18是图17中的D－D’剖视图，图19是外观立体图，图20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。

在此，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。

但是，如图21及图22所示，在保护元件100中，绝缘基板105的下表面支撑于下侧壳体111，因此，形成于绝缘基板105的表面的发热体106产生的热通过绝缘基板105被下侧壳体111吸收，不能效率良好地向可熔导体103传热。该倾向特别是在低电力动作时显现，难以将可熔导体103快速熔断等、熔断时间不稳定。

另外，在可熔导体103通过由过电流带来的自身发热而熔断时，也由于经由绝缘基板105被下侧壳体111吸热而存在快速熔断被阻碍的问题。

因此，本发明的目的在于，提供一种控制向下侧壳体的吸热，能够安全且快速地将电流路径切断的保护元件、以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；箱体，其具有下侧壳体和上侧壳体，通过上述下侧壳体和上述上侧壳体接合而形成，上述下侧壳体形成有凹面部，在上述凹面部的对置的侧缘设有支撑部，在与设有上述支撑部的上述凹面部的侧缘大致正交的侧缘设有中空部。

另外，本技术的电池组具备一个以上的电池单元和连接于上述电池单元的充放电路径上且切断该充放电路径的保护元件，上述保护元件具有：可熔导体；箱体，其具有下侧壳体和上侧壳体，通过上述下侧壳体和上述上侧壳体接合而形成，上述下侧壳体形成有凹面部，在上述凹面部的对置的侧缘设有支撑部，在与设有上述支撑部的上述凹面部的侧缘大致正交的侧缘设有中空部。

发明效果

根据本发明，能够防止发热体产生的热被下侧壳体吸收，能够将发热体的热效率良好地传递到可熔导体，能够更快速地熔断。

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是应用了本技术的保护元件的剖视图。

图5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6是表示下侧壳体的图，(A)是俯视图，(B)是A－A’剖视图，(C)是B－B’剖视图。

图7是表示具备变形例的支撑部的下侧壳体的图，(A)是俯视图，(B)是A－A’剖视图，(C)是B－B’剖视图。

图8是表示具备变形例的支撑部的下侧壳体的图，(A)是俯视图，(B)是A－A’剖视图，(C)是B－B’剖视图。

图9是表示具备变形例的支撑部的下侧壳体的图，(A)是俯视图，(B)是A－A’剖视图，(C)是B－B’剖视图。

图10是表示具备变形例的支撑部的下侧壳体的图，(A)是俯视图，(B)是A－A’剖视图，(C)是B－B’剖视图。

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俯视图。

图18是图17中的D－D’剖视图。

图19是图17所示的保护元件的外观立体图。

图20是省略上侧壳体表示图17所示的保护元件的俯视图。

图21是表示图17所示的保护元件中的散热路径的剖视图。

图22是表示图17所示的保护元件中的散热路径的俯视图。

具体实施方式

以下，参照附图对应用了本技术的保护元件及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、图4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图3中箭头D所示的可熔导体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5)。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5)。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]

图6是表示下侧壳体4的图，(A)是俯视图，(B)是(A)的A－A’剖视图，(C)是(A)的B－B’剖视图。下侧壳体4形成为大致方形状，具有支撑可熔导体3的通电方向上的绝缘基板2的第一侧缘部2c的支撑部21和中空地保持绝缘基板2的与第一侧缘部2c不同的第二侧缘部2d的中空部22。

在图3所示的保护元件1中，绝缘基板2形成矩形状，具有可熔导体3的通电方向上的一对第一侧缘部2c和在与第一侧缘部2c正交的方向上相邻的一对第二侧缘部2d。下侧壳体4通过支撑部21支撑绝缘基板2的第一侧缘部2c，通过中空部22中空地保持第二侧缘部2d。由此，保护元件1能够防止形成于绝缘基板2的发热体10产生的热通过绝缘基板2被下侧壳体4吸热，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。另外，由此，保护元件1也抑制熔断时间的不均，能够稳定且短时间地熔断。

特别是如图3所示，在保护元件1中，热集中于将发热体10和表面电极11连接的发热体电极15。同样，在保护元件1中，热集中于将发热体10和第三外部连接端子17连接的发热体供电电极16。因此，若形成有发热体电极15及发热体供电电极16的第二侧缘部2d与下侧壳体4相接，则大量的热会被夺走。因此，在保护元件1中，中空地保持第二侧缘部2d，从而能够切断向下侧壳体4的吸热路径，使热效率良好地传递至可熔导体3。

另外，在保护元件1中，绝缘基板2的可熔导体3的通电方向上的第一侧缘部2c支撑于下侧壳体4，由此能够进一步提高绝缘性。即，如图5所示，绝缘基板2的第一侧缘部2c为可熔导体3的通电方向的两端侧且熔融的可熔导体3在表面电极11与第一、第二外部连接端子7、8的端部之间被分断的位置。因此，绝缘基板2的第一侧缘部2c需要促进散热，防止熔融导体的濡湿扩散，确保绝缘性。因此，在保护元件1中，使第一侧缘部2c支撑于下侧壳体4，促进向下侧壳体4的散热，由此，能够提高熔断后的绝缘性。

如图6所示，中空部22能够通过在下侧壳体4的支撑绝缘基板2的面设置凹面部23而形成。凹面部23为对置的两侧缘成为向内侧伸出且支撑绝缘基板2的第一侧缘部2c的支撑部21。另外，凹面部23形成为与设有支撑部21的侧缘大致正交的两侧缘间的宽度比绝缘基板2的第二侧缘部2d间的宽度长，中空地保持支撑于支撑部21的绝缘基板2的第二侧缘部2d(图3)。

此外，中空部22优选在可熔导体3的通电方向上比绝缘基板2的第二侧缘部2d的长度长。由此，中空部22能够可靠地中空地保持第二侧缘部2d，抑制向下侧壳体4的热传导。

[支撑部的方式]

在此，对支撑部21的方式进行说明。凹面部23只要比绝缘基板2的第一侧缘部2c间的距离在该第一侧缘部间的方向上短，且在俯视下为支撑绝缘基板2的第一侧缘部2c的形状即可。例如，如图6所示，支撑部21也可以形成为短边侧向凹面部23内伸出的大致梯形状。如图3所示，大致梯形状的支撑部21短边的长度为与绝缘基板2的第一侧缘部2c大致相同的长度，且朝向底边侧逐渐扩大。另外，也可以是如图7所示，支撑部21在俯视下形成为顶部向凹面部23内伸出的大致三角形状。图3及图7所示的支撑部21通过支撑面积朝向第一侧缘部2c逐渐变大，能够稳定地支撑绝缘基板2，并且使发热体10的热扩散，向下侧壳体4散热。

另外，如图8所示，支撑部21也可以形成为大致矩形状。或者，如图9所示，支撑部21也可以通过在与绝缘基板2的第一侧缘部2c的大致中间位置对应的位置向凹面部23内伸出突条部而形成。另外，如图10所示，支撑部21也可以沿着绝缘基板2的第一侧缘部2c间歇地并列多个突条部。在图10所示的结构中，将各突条部形成为同形状，但也可以例如使中央的突条部相对长等、设为不同的形状。

此外，在任意的方式下，支撑部21优选不形成至与发热体10重叠的位置。这是因为，若支撑部21与发热体10重叠，则发热体10的热过剩地传递到支撑部21侧，相反地，阻碍可熔导体3的加热的弊端变大。

[上侧壳体]

上侧壳体5与下侧壳体4同样地形成为大致方形状，通过与下侧壳体4对接结合而构成箱体6。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。下侧壳体4与上侧壳体5的接合能够使用公知的粘接剂来进行。

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。

[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，且应用了本技术；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、应用了本技术的保护元件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。

在此，在保护元件1中，箱体6的下侧壳体4通过支撑部21支撑可熔导体3的通电方向上的绝缘基板2的第一侧缘部2c，通过中空部22中空地保持绝缘基板2的第二侧缘部2d。由此，保护元件1能够防止形成于绝缘基板2的表面的发热体10产生的热通过绝缘基板2的第二侧缘部2d被下侧壳体4吸热。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，能够使其更快速地熔断。另外，由此，保护元件1也抑制熔断时间的不均，能够稳定地短时间熔断。

另外，在保护元件1中，绝缘基板2的可熔导体3的通电方向上的第一侧缘部2c支撑于下侧壳体4，由此，绝缘基板2的第一侧缘部2c能够促进散热，防止熔融导体的濡湿扩散，提高绝缘性。

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。

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。

本技术的保护元件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。

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。

实施例

接着，对本技术的实施例进行说明。在本实施例中，准备分别搭载了相同的可熔导体的、应用了本技术的保护元件(图3)及现有构造的保护元件(图20)。两保护元件的可熔导体的额定电流均为120A。两保护元件的下侧壳体及上侧壳体使用LCP(Liquid CrystalPolymer)而形成。然后，在对两保护元件的发热体施加相同的电压(43W)后，对比可熔导体的熔断时间。两保护元件的样品数均为25个。

其结果，应用了本技术的保护元件比现有构造的保护元件提前了平均10％熔断时间。另外，应用了本技术的保护元件的熔断时间的偏差比现有构造的保护元件的熔断时间的偏差稳定30％。

由此可知，应用了本技术的保护元件通过由设于下侧壳体4的支撑部21支撑绝缘基板2的第一侧缘部2c，由中空部22中空地保持第二侧缘部2d，能够防止形成于绝缘基板2的表面的发热体10产生的热通过绝缘基板2被下侧壳体4吸热，能够将发热体10的热效率良好地传递到可熔导体3，能够比现有构造的保护元件更快速地熔断。另外，由此可知，保护元件1比现有构造的保护元件抑制了熔断时间的偏差，能够稳定且以短时间熔断。

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，21—支撑部，22—中空部，23—凹面部，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 (14)

1.一种保护元件，其特征在于，具备：

可熔导体；以及

箱体，其具有下侧壳体和上侧壳体，通过上述下侧壳体和上述上侧壳体接合而形成，

上述下侧壳体形成有凹面部，在上述凹面部的对置的侧缘设有支撑部。

2.根据权利要求1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，

上述支撑部支撑上述绝缘基板的上述可熔导体的通电方向的第一侧缘部。

3.根据权利要求2所述的保护元件，其特征在于，

上述凹面部在与设有上述支撑部的上述侧缘大致正交的侧缘设有中空部，中空地保持上述绝缘基板的与上述第一侧缘部不同的第二侧缘部。

4.根据权利要求1～3中任一项所述的保护元件，其特征在于，

上述支撑部为分别设于上述凹面部的对置的上述侧缘，且比上述侧缘向上述凹面部的内侧伸出的伸出部。

5.根据权利要求3所述的保护元件，其特征在于，

上述凹面部比上述绝缘基板的上述第二侧缘部间的距离在该第二侧缘部间的方向上更长，

上述中空部在上述凹面部上中空地保持上述绝缘基板的第二侧缘部。

6.根据权利要求3所述的保护元件，其特征在于，

上述中空部在上述可熔导体的通电方向上比上述绝缘基板的上述第二侧缘部的长度更长。

7.根据权利要求1～3中任一项所述的保护元件，其特征在于，

具有与上述可熔导体的两端部连接的第一外部连接端子、第二外部连接端子。

8.根据权利要求1～3中任一项所述的保护元件，其特征在于，

上述绝缘基板具有：发热体；绝缘层，其包覆上述发热体；以及表面电极，其与上述发热体的一端连接，并且设于上述绝缘层上且与上述可熔导体连接。

9.根据权利要求8所述的保护元件，其特征在于，

上述发热体形成为将与上述可熔导体的通电方向交叉的方向作为长边方向的矩形状。

10.根据权利要求8所述的保护元件，其特征在于，

上述表面电极形成有吸引熔融的上述可熔导体的吸引孔。

11.根据权利要求8所述的保护元件，其特征在于，

上述发热体设于上述绝缘基板的表面、背面、或上述绝缘基板的内部。

12.根据权利要求8所述的保护元件，其特征在于，

具有与上述发热体的另一端连接的第三外部连接端子。

13.根据权利要求8所述的保护元件，其特征在于，

上述绝缘基板构成通过上述发热体的发热将上述可熔导体熔断的熔断部件，

在上述可熔导体连接有多个上述熔断部件。

14.一种电池组，其特征在于，具备：

一个以上的电池单元；

保护元件，其连接于上述电池单元的充放电路径上，且将该充放电路径切断，

上述保护元件具备：

可熔导体；以及

箱体，其具有下侧壳体和上侧壳体，通过上述下侧壳体和上述上侧壳体接合而形成，

上述下侧壳体形成有凹面部，在上述凹面部的对置的侧缘设有支撑部。

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