JP2022175540A - protective element - Google Patents
protective element Download PDFInfo
- Publication number
- JP2022175540A JP2022175540A JP2021082038A JP2021082038A JP2022175540A JP 2022175540 A JP2022175540 A JP 2022175540A JP 2021082038 A JP2021082038 A JP 2021082038A JP 2021082038 A JP2021082038 A JP 2021082038A JP 2022175540 A JP2022175540 A JP 2022175540A
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- metal material
- point metal
- melting
- low
- fuse element
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Pending
Links
Images
Classifications
-
- Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
- Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
- Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
- Y02E60/00—Enabling technologies; Technologies with a potential or indirect contribution to GHG emissions mitigation
- Y02E60/10—Energy storage using batteries
Landscapes
- Fuses (AREA)
Abstract
Description
本発明はヒューズ素子および電気・電子機器の保護素子並びにその保護素子を利用した保護回路に関する。 The present invention relates to a fuse element, a protection element for electrical/electronic equipment, and a protection circuit using the protection element.
近年、モバイル機器など小型電子機器の急速な普及に伴い、搭載する電源の保護回路に実装される保護素子も小型薄型のものが使用されている。例えば、二次電池パックの保護回路には、表面実装部品(SMD)のチップ保護素子が好適に利用される。これらチップ保護素子には、被保護機器の過電流により生ずる過大発熱を検知し、または周囲温度の異常過熱に感応して、所定条件でヒューズを作動させ電気回路を遮断する非復帰型保護素子がある。該保護素子は、機器の安全を図るために、保護回路が機器に生ずる異常を検知すると信号電流により抵抗素子を発熱させ、その発熱で可融性の合金材からなるヒューズ素子を溶断させて回路を遮断するか、あるいは過電流によってヒューズ素子を溶断させて回路を遮断できる。特開2013-239405号公報(特許文献1)には、異常時に発熱する抵抗素子をセラミックス基板などの絶縁基板上に設けた保護素子が開示されている。 In recent years, with the rapid spread of small electronic devices such as mobile devices, a small and thin protection element mounted on the protection circuit of the power supply to be mounted is being used. For example, a surface mount device (SMD) chip protection element is preferably used for a protection circuit of a secondary battery pack. These chip protection elements include non-resettable protection elements that detect excessive heat generated by overcurrent in the device being protected, or respond to abnormal overheating in the ambient temperature and operate a fuse under predetermined conditions to cut off the electrical circuit. be. In order to ensure the safety of the equipment, the protective element causes the resistance element to generate heat due to the signal current when the protective circuit detects an abnormality in the equipment. or by blowing a fuse element by overcurrent to break the circuit. Japanese Patent Application Laid-Open No. 2013-239405 (Patent Document 1) discloses a protective element in which a resistance element that generates heat in an abnormal state is provided on an insulating substrate such as a ceramic substrate.
現在、上述した保護素子のヒューズ素子を構成する可溶合金の一例として特開2015-079608号公報(特許文献2)に記載されたヒューズ素子がある。該ヒューズ素子は、この保護素子を外部回路板に表面実装する際のはんだ付け作業温度において、溶融可能な易融性の低融点金属材と、前記はんだ付け作業温度で液相の低融点金属材に溶解可能な固相の高融点金属材とから成り、低融点金属材と高融点金属材とを一体成形することで、液相化した低融点金属材を固相の高融点金属材ではんだ付け作業が終わるまで保持することを特徴とする。このヒューズ素子の低融点金属材と高融点金属材とは互いに固着成形され、はんだ付け作業の熱で液相化した低融点金属材を上記はんだ付け作業温度で固相の高融点金属材で、溶断しないように保持しながら、液相の低融点金属材でヒューズ素子を保護素子の電極パターンに接合できるようになっている。さらに、この保護素子を回路基板に表面実装する際のはんだ付け作業温度においてヒューズ素子が溶断するのを防止している。この保護素子は内蔵してる抵抗素子を発熱させ、その熱でヒューズ素子の高融点金属材を、媒質である低融点金属材中に拡散または溶解させて溶断動作するようなっている。 Currently, there is a fuse element described in Japanese Patent Application Laid-Open No. 2015-079608 (Patent Document 2) as an example of a fusible alloy that constitutes the fuse element of the above-described protection element. The fuse element is composed of a low-melting-point metal material that is easily meltable at the soldering temperature when the protective element is surface-mounted on an external circuit board, and a low-melting-point metal material that is in a liquid phase at the soldering temperature. By integrally molding the low melting point metal and the high melting point metal, the liquid low melting point metal is soldered with the solid high melting point metal. It is characterized in that it is held until the attachment work is finished. The low melting point metal material and the high melting point metal material of the fuse element are fixed and molded to each other, and the low melting point metal material that has been liquefied by the heat of the soldering work is combined with the high melting point metal material that is solid at the soldering work temperature. The fuse element can be bonded to the electrode pattern of the protection element with a liquid-phase low-melting-point metal material while holding the fuse element so as not to melt. Furthermore, the fuse element is prevented from blowing at the soldering temperature when the protective element is surface-mounted on the circuit board. The protection element generates heat in a built-in resistance element, and the heat diffuses or melts the high-melting-point metal material of the fuse element into the low-melting-point metal material that is the medium, thereby performing a fusing operation.
これら保護素子は被保護デバイスの異常を検知してメイン回路の電流を遮断する働きをするため、保護素子の電極間抵抗値は、ヒューズ動作前はできるだけ小さく極力通電のロスが無いように、ヒューズ動作後の遮断時はできるだけ大きい絶縁抵抗値を示すようになっていることが好ましい。上述した従来の保護素子の内部抵抗値は、ヒューズ素子を取付けた電極間に橋設された可溶合金の電気導電度によって決まっていた。しかし、可溶合金の電気導電度は、銀や銅などの導体金属よりも劣ってしまうため、従来は特開2015-079608号公報(特許文献2)に記載されるように可溶合金の表面に銀や銅の高融点金属材を被覆するか、特開2017-228379号公報(特許文献3)に記載されるように電極基板上に、溶融した可溶合金に可溶性の銀または銀合金の焼結電極からなるバイパス電極を設ける必要があった。しかし銀や銅の高融点金属材は銀または銀合金の焼結電極材は保護素子の発熱体の加熱のみでは溶融できず可溶合金に溶解させ切る必要がある。しかし、上述の従来技術は、何れも銀や銅の高融点金属材がはんだ合金などの低融点金属材と積層されて設けられているため、接触面が積層面に限られており固体高融点金属の溶融低融点金属への溶食効率は必ずしも良いとは言えない。また、高融点金属材と低融点金属材とのクラッド材を使う場合は、裏表を誤って載置してしまうこともあり、表紙面が逆になると抵抗値に差が生じてしまうという不具合もあり得えた。このため、表裏の区別が無いように高融点金属材の上下面を低融点金属材で挟んだヒューズ素子も提案されているが、その分動作時間が長くなったり、高融点金属材の溶け残りを誘発し易くなったりする恐れがある。 These protective elements detect abnormalities in the protected device and cut off the current in the main circuit. It is preferable that the insulation resistance value is as large as possible when shutting down after operation. The internal resistance value of the conventional protective element described above was determined by the electrical conductivity of the fusible alloy bridged between the electrodes to which the fuse element was attached. However, the electrical conductivity of the fusible alloy is inferior to that of conductive metals such as silver and copper. is coated with a high melting point metal material such as silver or copper, or a silver or silver alloy that is soluble in a molten fusible alloy is coated on an electrode substrate as described in Japanese Patent Application Laid-Open No. 2017-228379 (Patent Document 3). It was necessary to provide a bypass electrode consisting of a sintered electrode. However, the refractory metal material such as silver or copper cannot be melted by simply heating the heating element of the protection element, and the sintered electrode material of silver or silver alloy must be completely melted into a fusible alloy. However, in any of the above-mentioned prior arts, a high melting point metal material such as silver or copper is laminated with a low melting point metal material such as a solder alloy. It cannot be said that the corrosion efficiency of metal to molten low-melting-point metal is always good. Also, when using a clad material with a high-melting point metal material and a low-melting point metal material, it may be placed upside down. It was possible. For this reason, a fuse element has been proposed in which the upper and lower surfaces of a high-melting-point metal material are sandwiched between low-melting-point metal materials so that there is no distinction between the front and back surfaces. There is a risk that it may become easier to induce
特許文献1:特開2013-239405号公報
特許文献2:特開2015-079608号公報
特許文献3:特開2017-228379号公報
Patent Document 1: JP 2013-239405 Patent Document 2: JP 2015-079608 Patent Document 3: JP 2017-228379
本発明は、従来技術の上記欠点を解消するためにヒューズ素子を構成する高融点金属材の低融点金属材への溶食効率を格段に向上させることができ、もってヒューズ素子の遮断安定性を向上させ、かつヒューズ動作前の通電ロスが少なくなるように内部抵抗値を低減した電気・電子機器の保護素子を提供する。また、同時に高融点金属材と低融点金属材とを複合して用いながらヒューズ素子に表裏の区別が無い、載置方向を気にせず組み立てられる均質な性状のヒューズ素子を提供する。 In order to solve the above-mentioned drawbacks of the prior art, the present invention can remarkably improve the corrosion efficiency of the high-melting-point metal material constituting the fuse element to the low-melting-point metal material, thereby improving the breaking stability of the fuse element. To provide a protective element for an electrical/electronic device which has improved internal resistance and reduced internal resistance so as to reduce energization loss before fuse operation. At the same time, the present invention provides a fuse element of uniform properties that can be assembled regardless of the mounting direction without distinguishing between the front and back of the fuse element while using a high-melting-point metal material and a low-melting-point metal material in combination.
本発明に係るヒューズ素子の第1様態として、高融点金属材と低融点金属材とからなる金属複合体であって、高融点金属材と低融点金属材の分布が方向に依存せず等方分布を有するヒューズ素子が提供される。前記ヒューズ素子は、高融点金属材と低融点金属材の分布が等方分布であればよい。 A first aspect of the fuse element according to the present invention is a metal composite composed of a high melting point metal material and a low melting point metal material, wherein the distribution of the high melting point metal material and the low melting point metal material is isotropic without depending on the direction. A fuse element having a distribution is provided. In the fuse element, the high melting point metal material and the low melting point metal material may be isotropically distributed.
本発明に係るヒューズ素子の第2様態として、高融点金属材と低融点金属材とからなる金属複合体であって、高融点金属材からなる格子の隙間を低融点金属材で充填した金属体からなるヒューズ素子が提供される。前記ヒューズ素子は、高融点金属材が構成する格子の隙間に低融点金属材が充填されている形態であばよい。 As a second aspect of the fuse element according to the present invention, the metal body is a metal composite composed of a high-melting-point metal material and a low-melting-point metal material, and is a metal body in which the gaps in the grid made of the high-melting-point metal material are filled with the low-melting-point metal material. A fuse element is provided comprising: The fuse element may have a form in which a low-melting-point metal material is filled in a lattice gap formed by a high-melting-point metal material.
本発明に係るヒューズ素子の第3様態として、高融点金属材と低融点金属材とからなる金属複合体であって、高融点金属材のリボン状ないし繊維状金属を織布状ないし不織布状に形成した布状物の間隙に、低融点金属材を充填して成るヒューズ素子が提供される。前記ヒューズ素子は、高融点金属材からなるリボン状ないし繊維状金属と低融点金属材からなるリボン状ないし繊維状金属とを互いに混合して形成した織布状ないし不織布状の布状物の間隙に低融点金属材を充填して形成してもよい。繊維状高融点金属と繊維状低融点金属とを互いに混合して成る布状物は、その間隙内へ溶融した低融点金属材を充填する際、低融点金属材の浸透を助長することができる。 As a third aspect of the fuse element according to the present invention, it is a metal composite composed of a high melting point metal material and a low melting point metal material, wherein the ribbon-like or fibrous metal of the high melting point metal material is formed into a woven fabric or non-woven fabric. A fuse element is provided by filling the gaps of the formed cloth-like material with a low-melting-point metal material. The fuse element is a woven fabric or non-woven fabric formed by mixing a ribbon-like or fibrous metal made of a high-melting-point metal and a ribbon-like or fibrous-like metal made of a low-melting-point metal. may be filled with a low-melting-point metal material. The cloth-like material obtained by mixing the fibrous high-melting-point metal and the fibrous low-melting-point metal can promote the permeation of the low-melting-point metal when the gap is filled with the molten low-melting-point metal. .
本発明に係るヒューズ素子は、高融点金属材と低融点金属材が接触する面積を大きく取ることができるのでヒューズ素子の迅速な動作性ならびにヒューズ素子の内部抵抗値の低減に貢献する。 The fuse element according to the present invention can secure a large contact area between the high-melting-point metal material and the low-melting-point metal material, thereby contributing to rapid operability of the fuse element and reduction of the internal resistance value of the fuse element.
本発明に係る保護素子の第1様態として、絶縁基板に発熱素子と少なくとも一対の主電極と発熱素子の通電電極とが設けられており、さらに主電極と通電電極との間を架橋して電気接合したヒューズ素子とを有し、前記ヒューズ素子は、高融点金属材と低融点金属材とからなる金属複合体であって、高融点金属材と低融点金属材の分布が方向に依存せず等方分布を有する保護素子が提供される。 As a first aspect of the protection element according to the present invention, a heating element, at least a pair of main electrodes, and a current-carrying electrode of the heat-generating element are provided on an insulating substrate. a bonded fuse element, wherein the fuse element is a metal composite composed of a high melting point metal material and a low melting point metal material, and the distribution of the high melting point metal material and the low melting point metal material does not depend on the direction A protective element having an isotropic distribution is provided.
本発明に係る保護素子の第2様態として、前述の第2様態のヒューズ素子を搭載した保護素子であって、絶縁基板に発熱素子と少なくとも一対の主電極と発熱素子の通電電極とが設けられており、さらに主電極と通電電極との間を架橋して電気接合したヒューズ素子とを有し、前記ヒューズ素子は、高融点金属材と低融点金属材とからなる金属複合体であって、高融点金属材からなる格子の隙間に、低融点金属材を充填している保護素子が提供される。 A second aspect of the protection device according to the present invention is a protection device mounted with the fuse element of the second aspect described above, in which a heating element, at least a pair of main electrodes, and a current-carrying electrode for the heating element are provided on an insulating substrate. and a fuse element electrically connected by bridging between the main electrode and the conducting electrode, wherein the fuse element is a metal composite made of a high melting point metal material and a low melting point metal material, A protective element is provided in which a low-melting-point metal material is filled in the gaps of a grid made of a high-melting-point metal material.
本発明に係る保護素子の第3様態として、前述の第3様態のヒューズ素子を搭載した保護素子であって、絶縁基板に発熱素子と少なくとも一対の主電極と発熱素子の通電電極とが設けられており、さらに主電極と通電電極との間を架橋して電気接合したヒューズ素子とを有し、前記ヒューズ素子は、高融点金属材と低融点金属材とからなる金属複合体であって、高融点金属材のリボン状ないし繊維状金属を織布状ないし不織布状に形成した布状物の間隙に、低融点金属材を充填して成る保護素子が提供される。前記保護素子のヒューズ素子は、高融点金属材からなるリボン状ないし繊維状金属と低融点金属材からなるリボン状ないし繊維状金属とを互いに混合して形成した織布状ないし不織布状の布状物の間隙に低融点金属材を充填して形成してもよい。 A third aspect of the protection device according to the present invention is a protection device mounted with the fuse element of the third aspect described above, in which a heating element, at least a pair of main electrodes, and a current-carrying electrode for the heating element are provided on an insulating substrate. and a fuse element electrically connected by bridging between the main electrode and the conducting electrode, wherein the fuse element is a metal composite made of a high melting point metal material and a low melting point metal material, A protection element is provided in which a low-melting metal material is filled in the gaps of a cloth-like material formed by forming a ribbon-like or fibrous metal of a high-melting-point metal material into a woven or non-woven fabric. The fuse element of the protection element is a woven or non-woven fabric formed by mixing a ribbon-shaped or fibrous metal made of a high-melting metal material and a ribbon-shaped or fibrous metal made of a low-melting metal material. It may be formed by filling the gaps between the objects with a low-melting-point metal material.
本発明に係る保護回路の第1様態として、リチウムイオン電池など二次電池のバッテリパックを過充電と過熱から保護する保護回路であって、
1以上の二次電池のセルが接続されたバッテリ(組電池)と、セルまたはバッテリの電圧に応じて制御信号を出力する信号制御部と、バッテリの外部端子との間の電流回路に並列接続され、かつ信号制御部からの信号を受けてオン/オフ制御する1つ以上のスイッチング素子と、ヒューズ素子と発熱素子を内蔵し、ヒューズ素子が放電回路または充電回路またはその両方と接続され、かつ発熱素子が信号制御部によって動作制御された保護素子とを備え、
保護素子は、絶縁基板に発熱素子と少なくとも一対の主電極と発熱素子の通電電極とが設けられており、さらに主電極と通電電極との間を架橋して電気接合したヒューズ素子とを有し、前記ヒューズ素子は、高融点金属材と低融点金属材とからなる金属複合体であって、高融点金属材と低融点金属材の分布が方向に依存せず等方分布を有する保護回路が提供される。
As a first aspect of the protection circuit according to the present invention, a protection circuit for protecting a battery pack of secondary batteries such as lithium ion batteries from overcharging and overheating,
A battery (assembled battery) to which one or more secondary battery cells are connected, a signal control section that outputs a control signal according to the voltage of the cell or battery, and a current circuit connected in parallel to the external terminal of the battery. and contains one or more switching elements for on/off control in response to a signal from the signal control unit, a fuse element and a heating element, the fuse element being connected to a discharging circuit, a charging circuit, or both, and The heating element is provided with a protective element whose operation is controlled by the signal control unit,
The protective element has a heating element, at least a pair of main electrodes, and a current-carrying electrode of the heat-generating element provided on an insulating substrate, and further has a fuse element electrically connected by bridging between the main electrode and the current-carrying electrode. The fuse element is a metal composite made of a high melting point metal material and a low melting point metal material, and the protection circuit has an isotropic distribution of the high melting point metal material and the low melting point metal material that does not depend on the direction. provided.
本発明に係る保護回路の第2様態として、リチウムイオン電池など二次電池のバッテリパックを過充電と過熱から保護する保護回路であって、
1以上の二次電池のセルが接続されたバッテリ(組電池)と、セルまたはバッテリの電圧に応じて制御信号を出力する信号制御部と、バッテリの外部端子との間の電流回路に並列接続され、かつ信号制御部からの信号を受けてオン/オフ制御する1つ以上のスイッチング素子と、ヒューズ素子と発熱素子を内蔵し、ヒューズ素子が放電回路または充電回路またはその両方と接続され、かつ発熱素子が信号制御部によって動作制御された保護素子とを備え、
保護素子は、絶縁基板に発熱素子と少なくとも一対の主電極と発熱素子の通電電極とが設けられており、さらに主電極と通電電極との間を架橋して電気接合したヒューズ素子とを有し、前記ヒューズ素子は、高融点金属材と低融点金属材とからなる金属複合体であって、高融点金属材からなる格子の隙間に、低融点金属材が充填されている構成を有する保護回路が提供される。
As a second aspect of the protection circuit according to the present invention, a protection circuit for protecting a battery pack of secondary batteries such as lithium ion batteries from overcharging and overheating,
A battery (assembled battery) to which one or more secondary battery cells are connected, a signal control section that outputs a control signal according to the voltage of the cell or battery, and a current circuit connected in parallel to the external terminal of the battery. and contains one or more switching elements for on/off control in response to a signal from the signal control unit, a fuse element and a heating element, the fuse element being connected to a discharging circuit, a charging circuit, or both, and The heating element is provided with a protective element whose operation is controlled by the signal control unit,
The protective element has a heating element, at least a pair of main electrodes, and a current-carrying electrode of the heat-generating element provided on an insulating substrate, and further has a fuse element electrically connected by bridging between the main electrode and the current-carrying electrode. The fuse element is a metal composite made of a high-melting point metal material and a low-melting point metal material, and a protection circuit having a structure in which the low-melting-point metal material is filled in the gaps of the grid made of the high-melting-point metal material. is provided.
本発明に係る保護回路の第3様態として、リチウムイオン電池など二次電池のバッテリパックを過充電と過熱から保護する保護回路であって、
1以上の二次電池のセルが接続されたバッテリ(組電池)と、セルまたはバッテリの電圧に応じて制御信号を出力する信号制御部と、バッテリの外部端子との間の電流回路に並列接続され、かつ信号制御部からの信号を受けてオン/オフ制御する1つ以上のスイッチング素子と、ヒューズ素子と発熱素子を内蔵し、ヒューズ素子が放電回路または充電回路またはその両方と接続され、かつ発熱素子が信号制御部によって動作制御された保護素子とを備え、
保護素子は、絶縁基板に発熱素子と少なくとも一対の主電極と発熱素子の通電電極とが設けられており、さらに主電極と通電電極との間を架橋して電気接合したヒューズ素子とを有し、前記ヒューズ素子は、高融点金属材と低融点金属材とからなる金属複合体であって、高融点金属材のリボン状ないし繊維状金属を織布状ないし不織布状に形成した布状物の間隙に低融点金属材を充填して成る保護回路が提供される。前記保護回路のヒューズ素子は、高融点金属材からなるリボン状ないし繊維状金属と低融点金属材からなるリボン状ないし繊維状金属とを互いに混合して形成した織布状ないし不織布状の布状物の間隙に低融点金属材を充填して形成してもよい。
As a third aspect of the protection circuit according to the present invention, a protection circuit for protecting a battery pack of secondary batteries such as lithium ion batteries from overcharging and overheating,
A battery (assembled battery) to which one or more secondary battery cells are connected, a signal control section that outputs a control signal according to the voltage of the cell or battery, and a current circuit connected in parallel to the external terminal of the battery. and contains one or more switching elements for on/off control in response to a signal from the signal control unit, a fuse element and a heating element, the fuse element being connected to a discharging circuit, a charging circuit, or both, and The heating element is provided with a protective element whose operation is controlled by the signal control unit,
The protective element has a heating element, at least a pair of main electrodes, and a current-carrying electrode of the heat-generating element provided on an insulating substrate, and further has a fuse element electrically connected by bridging between the main electrode and the current-carrying electrode. The fuse element is a metal composite composed of a high-melting metal material and a low-melting metal material, and is a cloth-like material formed by forming a ribbon-like or fibrous metal of the high-melting-point metal material into a woven or non-woven fabric. A protection circuit is provided in which the gap is filled with a low-melting-point metal material. The fuse element of the protection circuit is in the form of a woven fabric or non-woven cloth formed by mixing a ribbon-like or fibrous metal made of a high melting point metal material and a ribbon-like or fibrous metal made of a low melting point metal material. It may be formed by filling the gaps between the objects with a low-melting-point metal material.
本発明の一実施形態によれば、低抵抗値のヒューズ素子を形成でき、ヒューズ動作時において通電を確実に遮断することができる。また、ヒューズ素子は、保護素子への組み立て作業において表裏の区別なく搭載できる。 According to one embodiment of the present invention, a fuse element with a low resistance value can be formed, and electricity can be cut off reliably during fuse operation. In addition, the fuse element can be mounted without distinguishing between the front and back sides of the protective element during assembly.
本発明に係るヒューズ素子の第1様態は、高融点金属材と低融点金属材とからなる金属複合体であって、高融点金属材と低融点金属材の分布が方向に依存せず等方分布を有する。前記ヒューズ素子は、高融点金属材と低融点金属材の分布が等方分布であればよい。 A first aspect of the fuse element according to the present invention is a metal composite composed of a high melting point metal material and a low melting point metal material, wherein the distribution of the high melting point metal material and the low melting point metal material is isotropic without depending on the direction. have a distribution. In the fuse element, the high melting point metal material and the low melting point metal material may be isotropically distributed.
本発明に係るヒューズ素子の第2様態は、高融点金属材と低融点金属材とからなる金属複合体であって、高融点金属材からなる格子の隙間に、低融点金属材を充填させている構成を有する。前記ヒューズ素子は、高融点金属材が構成する格子の隙間に低融点金属材が充填されている形態であばよい。 A second aspect of the fuse element according to the present invention is a metal composite composed of a high-melting-point metal material and a low-melting-point metal material. It has a configuration that The fuse element may have a form in which a low-melting-point metal material is filled in a lattice gap formed by a high-melting-point metal material.
本発明に係るヒューズ素子の第3様態は、高融点金属材と低融点金属材とからなる金属複合体であって、高融点金属材のリボン状ないし繊維状金属を織布状ないし不織布状に形成した布状物の間隙に、低融点金属材を充填して成るヒューズ素子が提供される。前記ヒューズ素子は、高融点金属材からなるリボン状ないし繊維状金属と低融点金属材からなるリボン状ないし繊維状金属とを互いに混合して形成した織布状ないし不織布状の布状物の間隙に低融点金属材を充填して形成してもよい。 A third aspect of the fuse element according to the present invention is a metal composite composed of a high melting point metal material and a low melting point metal material, wherein the ribbon-like or fibrous metal of the high melting point metal material is formed into a woven or non-woven fabric. A fuse element is provided by filling the gaps of the formed cloth-like material with a low-melting-point metal material. The fuse element is a woven fabric or non-woven fabric formed by mixing a ribbon-like or fibrous metal made of a high-melting-point metal and a ribbon-like or fibrous-like metal made of a low-melting-point metal. may be filled with a low-melting-point metal material.
本発明に係るヒューズ素子の一例として、溶融した金属材を吸液して保持可能な高融点金属材と、前記高融点金属材中に浸入凝固させた低融点金属材からなるヒューズ素子が提供される。前記高融点金属材は繊維状材料で構成することができる。例えば、繊維状の高融点金属材をフェルト状にすることにより金属浸入凝固性を具備させることができる。ヒューズ素子は、前記フェルト状高融点金属材中に低融点金属材を浸入凝固させて成形してもよい。本発明に係る高融点金属材は、同金属材に有する繊維の隙間に、溶融させた低融点金属材を浸入凝固させることができればよい。フェルト状すなわち不織布様の形態からなる高融点金属材に替えて、金属材を網状ないし織布状に形成したのものを用いてもよい。 As an example of the fuse element according to the present invention, there is provided a fuse element composed of a high-melting-point metal material capable of absorbing and holding a molten metal material and a low-melting-point metal material solidified by entering the high-melting-point metal material. be. The high-melting-point metal material can be composed of a fibrous material. For example, by making a fibrous high-melting-point metal material into a felt-like material, it is possible to provide metal penetration and coagulability. The fuse element may be formed by infiltrating and solidifying a low melting point metal material in the felt-like high melting point metal material. The high-melting-point metal material according to the present invention only needs to allow the melted low-melting-point metal material to enter and solidify in the gaps between the fibers of the metal material. Instead of the high-melting-point metal material in the form of felt, that is, in the form of a non-woven fabric, a metal material formed in the shape of a net or woven fabric may be used.
本発明に係る高融点金属材の形成方法は、特に限定されないがフェルト状、網状、織布状の高融点金属材は繊維状にした高融点金属から成形することができる。あるいは、高融点金属材にハニカム材もしくは多数の打抜き孔を備えたパンチングメタル材を用いてもよい。高融点金属材にハニカム材もしくはパンチングメタル材を用いた場合は、少なくともその開孔部を低融点金属材で埋め、さらに必要に応じて高融点金属材の表面を低融点金属材で被覆してもよい。 The method for forming the high-melting-point metal material according to the present invention is not particularly limited, but the high-melting-point metal material in the form of felt, net, or woven fabric can be formed from a fibrous high-melting-point metal. Alternatively, a honeycomb material or a punching metal material having a large number of punched holes may be used as the high-melting-point metal material. When a honeycomb material or punching metal material is used as the high melting point metal material, at least the openings are filled with the low melting point metal material, and if necessary, the surface of the high melting point metal material is covered with the low melting point metal material. good too.
本発明に係るヒューズ素子を構成する高融点金属材は、リフローはんだ付けの温度に耐え、かつ液相の前記低融点金属材に溶解する金属なら何れも材料を用いてもよく、できるだけ低電気抵抗材を用いるのが好ましい。前記高融点金属材は銀、銅、銀合金、銅合金を用いてもよい。本発明に係るヒューズ素子を構成する低融点金属材は、前記高融点金属材よりも低温で溶融し、かつ前記高融点金属材を溶食できる金属材であるなら何れの金属を用いてもよい。前記低融点金属材は錫、インジウム、ビスマス、錫系半田材、含インジウム半田材、含ビスマス半田材、含アンチモン半田材、含鉛半田材を用いてもよい。一例として、Agを3~4質量%含有し残部がSnからなるSn-Ag合金、Cuを0.5~0.7質量%さらに必要に応じてAgを0~1質量%含有し残部がSnからなるSn-Cu-Ag合金(但し銀は必須ではない)、Agを3~4質量%さらにCuを0.5~1質量%含有し残部がSnからなるSn-Ag-Cu合金、Biを10~60質量%含有し残部がSnからなるSn-Bi合金および96.5Sn-3.5Ag合金、99.25Sn-0.75Cu合金、96.5Sn-3Ag-0.5Cu合金、95.5Sn-4Ag-0.5Cu合金、42Sn-58Bi合金などの無鉛錫系はんだ材が好適に利用できる。(合金材の係数は元素の質量%を示す。) The high-melting-point metal material constituting the fuse element according to the present invention may be any metal that withstands the reflow soldering temperature and dissolves in the liquid-phase low-melting-point metal material. It is preferable to use wood. Silver, copper, a silver alloy, or a copper alloy may be used as the refractory metal material. Any metal may be used as the low-melting-point metal material constituting the fuse element according to the present invention as long as it melts at a lower temperature than the high-melting-point metal material and can corrode the high-melting-point metal material. . Tin, indium, bismuth, tin-based solder material, indium-containing solder material, bismuth-containing solder material, antimony-containing solder material, and lead-containing solder material may be used as the low melting point metal material. As an example, a Sn—Ag alloy containing 3 to 4% by mass of Ag and the balance being Sn, and 0.5 to 0.7% by mass of Cu and optionally containing 0 to 1% by mass of Ag and the balance being Sn Sn—Cu—Ag alloy (silver is not essential), containing 3 to 4% by mass of Ag and 0.5 to 1% by mass of Cu, the balance being Sn—Ag—Cu alloy, Bi Sn-Bi alloy and 96.5Sn-3.5Ag alloy, 99.25Sn-0.75Cu alloy, 96.5Sn-3Ag-0.5Cu alloy, 95.5Sn- Lead-free tin-based solder materials such as 4Ag-0.5Cu alloy and 42Sn-58Bi alloy can be suitably used. (The coefficients for alloy materials indicate mass % of elements.)
例えば、本発明に係るヒューズ素子15は、図1に示すように金属浸入凝固性を有する高融点金属材16と、前記高融点金属材中に浸入凝固させた低融点金属材17とからなる。金属浸入凝固性高融点金属材16は、繊維状材料で構成することができる。例えば、繊維状の高融点金属材をフェルト状にすることにより金属浸入凝固性を具備させることができる。ヒューズ素子15は、フェルト状高融点金属材16中に低融点金属材17を浸入凝固させて成形してもよい。本発明に係る金属浸入凝固性の高融点金属材16は、同金属材に有する繊維の隙間に、溶融させた低融点金属材17を浸入凝固させることができればよい。フェルト状すなわち不織布様の形態からなる高融点金属材16に替えて、金属材を網状ないし織布状に形成したのものを用いてもよい。
For example, as shown in FIG. 1, a
本発明に係る金属浸入凝固性高融点金属材16の形成方法は、特に限定されないがフェルト状(不織布状)、網状、織布状の高融点金属材は繊維状にした高融点金属から成形することができる。
The method of forming the metal-penetrating solidifiable high-melting-
本発明に係る保護素子は、前述したヒューズ素子を搭載した電気回路または電気機器の保護素子である。 A protection element according to the present invention is a protection element for an electric circuit or an electric device equipped with the fuse element described above.
本発明に係る保護素子の第1様態は、前述した第1様態のヒューズ素子を搭載した保護素子であって、絶縁基板に発熱素子と少なくとも一対の主電極と発熱素子の通電電極とが設けられており、さらに主電極と通電電極との間を架橋して電気接合したヒューズ素子とを有し、前記ヒューズ素子は、高融点金属材と低融点金属材とからなる金属複合体であって、高融点金属材と低融点金属材の分布が方向に依存せず等方分布を有する。 A first aspect of a protective element according to the present invention is a protective element mounted with the fuse element of the first aspect described above, wherein an insulating substrate is provided with a heating element, at least a pair of main electrodes, and a conducting electrode of the heating element. and a fuse element electrically connected by bridging between the main electrode and the conducting electrode, wherein the fuse element is a metal composite made of a high melting point metal material and a low melting point metal material, The distribution of the high-melting-point metal material and the low-melting-point metal material does not depend on the direction and has an isotropic distribution.
本発明に係る保護素子の第2様態は、前述の第2様態のヒューズ素子を搭載した保護素子であって、絶縁基板に発熱素子と少なくとも一対の主電極と発熱素子の通電電極とが設けられており、さらに主電極と通電電極との間を架橋して電気接合したヒューズ素子とを有し、前記ヒューズ素子は、高融点金属材と低融点金属材とからなる金属複合体であって、高融点金属材からなる格子の隙間に、低融点金属材を充填している。 A second aspect of the protection element according to the present invention is a protection element mounted with the fuse element of the second aspect described above, in which an insulating substrate is provided with a heating element, at least a pair of main electrodes, and a current-carrying electrode of the heating element. and a fuse element electrically connected by bridging between the main electrode and the conducting electrode, wherein the fuse element is a metal composite made of a high melting point metal material and a low melting point metal material, A low-melting-point metal material is filled in the gaps of the lattice made of the high-melting-point metal material.
本発明に係る保護素子の第3様態は、前述の第3様態のヒューズ素子を搭載した保護素子であって、絶縁基板に発熱素子と少なくとも一対の主電極と発熱素子の通電電極とが設けられており、さらに主電極と通電電極との間を架橋して電気接合したヒューズ素子とを有し、前記ヒューズ素子は、高融点金属材と低融点金属材とからなる金属複合体であって、高融点金属材のリボン状ないし繊維状金属を織布状ないし不織布状に形成した布状物の間隙に、低融点金属材を充填して成る保護素子が提供される。前記保護素子のヒューズ素子は、高融点金属材からなるリボン状ないし繊維状金属と低融点金属材からなるリボン状ないし繊維状金属とを互いに混合して形成した織布状ないし不織布状の布状物の間隙に低融点金属材を充填して形成してもよい。 A third aspect of the protection element according to the present invention is a protection element mounted with the fuse element of the third aspect described above, in which a heating element, at least a pair of main electrodes, and a conducting electrode of the heating element are provided on an insulating substrate. and a fuse element electrically connected by bridging between the main electrode and the conducting electrode, wherein the fuse element is a metal composite made of a high melting point metal material and a low melting point metal material, A protection element is provided in which a low-melting metal material is filled in the gaps of a cloth-like material formed by forming a ribbon-like or fibrous metal of a high-melting-point metal material into a woven or non-woven fabric. The fuse element of the protection element is a woven or non-woven fabric formed by mixing a ribbon-shaped or fibrous metal made of a high-melting metal material and a ribbon-shaped or fibrous metal made of a low-melting metal material. It may be formed by filling the gaps between the objects with a low-melting-point metal material.
前述の第1ないし第3様態の保護素子は、さらに必要に応じて、主電極および通電電極に通電する目的で、絶縁基板の内部を貫通したスルーホールまたは側面に設けた側面電極、および下面にパッド電極を設けてもよい。また、前記ヒューズ素子の何れかの表面にフラックスを塗布または充填してもよい。前記ヒューズ素子の搭載部を保護するためにヒューズ素子の上部を覆う蓋体を設けてもよい。 The protective element of the first to third aspects described above further includes through-holes penetrating through the insulating substrate, side electrodes provided on the side surface, and a A pad electrode may be provided. Also, any surface of the fuse element may be coated or filled with flux. A cover covering the upper portion of the fuse element may be provided to protect the mounting portion of the fuse element.
例えば、本発明に係る保護素子20は、ヒューズ素子15を搭載した保護素子であって、図2に示すように絶縁基板21に発熱素子22と、少なくとも一対の主電極23aおよび23bと、発熱素子22の通電電極24とが設けられており、さらに主電極23a、23bと通電電極24との間を架橋して電気接合したヒューズ素子25とを有し、さらにヒューズ素子25は、金属浸入凝固性を有する高融点金属材26と、高融点金属材26中に浸入凝固させた低融点金属材27からなる。ヒューズ素子25は、主電極23aおよび23bおよび通電電極24に半田材200を用いて接続してもよい。金属浸入凝固性高融点金属材26は、繊維状材料で構成することができる。例えば、繊維状の高融点金属材26をフェルト状にすることにより金属浸入凝固性を具備させることができる。ヒューズ素子25は、前記フェルト状高融点金属材中に低融点金属材を浸入凝固させて成形してもよい。本発明に係る金属浸入凝固性の高融点金属材26は、同金属材に有する繊維の隙間に、溶融させた低融点金属材27を浸入凝固させることができればよい。フェルト状すなわち不織布様の形態からなる高融点金属材に替えて、金属材を網状ないし織布状に形成したのものを用いてもよい。あるいは、高融点金属材26に多数の打抜き孔を備えたパンチングメタル材を用いてもよい。高融点金属材26にパンチングメタル材を用いた場合は、少なくともパンチングメタル材の打抜き孔を低融点金属材27で埋め、さらに必要に応じてパンチングメタル材の表面を低融点金属材27で被覆してもよい。高融点金属材26は銀、銅、銀合金、銅合金を用いてもよい。低融点金属材27は錫、インジウム、ビスマス、錫系半田材、含インジウム半田材、含ビスマス半田材、含アンチモン半田材、含鉛半田材を用いてもよい。低融点金属材の一例として、Agを3~4質量%含有し残部がSnからなるSn-Ag合金、Cuを0.5~0.7質量%さらに必要に応じてAgを0~1質量%含有し残部がSnからなるSn-Cu-Ag合金(但し銀は必須ではない)、Agを3~4質量%さらにCuを0.5~1質量%含有し残部がSnからなるSn-Ag-Cu合金、Biを10~60質量%含有し残部がSnからなるSn-Bi合金および96.5Sn-3.5Ag合金、99.25Sn-0.75Cu合金、96.5Sn-3Ag-0.5Cu合金、95.5Sn-4Ag-0.5Cu合金、42Sn-58Bi合金などの無鉛錫系はんだ材が好適に利用できる。(合金材の係数は元素の質量%を示す。)
For example, the
本発明に係る保護回路は、前述の保護素子を利用したリチウムイオン電池など二次電池のバッテリパックを過充電と過熱から保護する保護回路である。 A protection circuit according to the present invention is a protection circuit that protects a battery pack of a secondary battery such as a lithium ion battery using the protection element described above from overcharging and overheating.
本発明に係る保護回路の第1様態は、リチウムイオン電池など二次電池のバッテリパックを過充電と過熱から保護する保護回路であって、
1以上の二次電池のセルが接続されたバッテリ(組電池)と、セルまたはバッテリの電圧に応じて制御信号を出力する信号制御部と、バッテリの外部端子との間の電流回路に並列接続され、かつ信号制御部からの信号を受けてオン/オフ制御する1つ以上のスイッチング素子と、ヒューズ素子と発熱素子を内蔵し、ヒューズ素子が放電回路または充電回路またはその両方と接続され、かつ発熱素子が信号制御部によって動作制御された保護素子とを備え、
保護素子は、絶縁基板に発熱素子と少なくとも一対の主電極と発熱素子の通電電極とが設けられており、さらに主電極と通電電極との間を架橋して電気接合したヒューズ素子とを有し、前記ヒューズ素子は、高融点金属材と低融点金属材とからなる金属複合体であって、高融点金属材と低融点金属材の分布が方向に依存せず等方分布を有する。
A first aspect of the protection circuit according to the present invention is a protection circuit that protects a battery pack of secondary batteries such as lithium ion batteries from overcharging and overheating,
A battery (assembled battery) to which one or more secondary battery cells are connected, a signal control section that outputs a control signal according to the voltage of the cell or battery, and a current circuit connected in parallel to the external terminal of the battery. and contains one or more switching elements for on/off control in response to a signal from the signal control unit, a fuse element and a heating element, the fuse element being connected to a discharging circuit, a charging circuit, or both, and The heating element is provided with a protective element whose operation is controlled by the signal control unit,
The protective element has a heating element, at least a pair of main electrodes, and a current-carrying electrode of the heat-generating element provided on an insulating substrate, and further has a fuse element electrically connected by bridging between the main electrode and the current-carrying electrode. The fuse element is a metal composite composed of a high melting point metal material and a low melting point metal material, and the distribution of the high melting point metal material and the low melting point metal material is isotropic without depending on the direction.
本発明に係る保護回路の第2様態は、リチウムイオン電池など二次電池のバッテリパックを過充電と過熱から保護する保護回路であって、
1以上の二次電池のセルが接続されたバッテリ(組電池)と、セルまたはバッテリの電圧に応じて制御信号を出力する信号制御部と、バッテリの外部端子との間の電流回路に並列接続され、かつ信号制御部からの信号を受けてオン/オフ制御する1つ以上のスイッチング素子と、ヒューズ素子と発熱素子を内蔵し、ヒューズ素子が放電回路または充電回路またはその両方と接続され、かつ発熱素子が信号制御部によって動作制御された保護素子とを備え、
保護素子は、絶縁基板に発熱素子と少なくとも一対の主電極と発熱素子の通電電極とが設けられており、さらに主電極と通電電極との間を架橋して電気接合したヒューズ素子とを有し、前記ヒューズ素子は、高融点金属材と低融点金属材とからなる金属複合体であって、高融点金属材からなる格子の隙間に、低融点金属材を充填した構成を有する。
A second aspect of the protection circuit according to the present invention is a protection circuit that protects a battery pack of secondary batteries such as lithium ion batteries from overcharging and overheating,
A battery (assembled battery) to which one or more secondary battery cells are connected, a signal control section that outputs a control signal according to the voltage of the cell or battery, and a current circuit connected in parallel to the external terminal of the battery. and contains one or more switching elements for on/off control in response to a signal from the signal control unit, a fuse element and a heating element, the fuse element being connected to a discharging circuit, a charging circuit, or both, and The heating element is provided with a protective element whose operation is controlled by the signal control unit,
The protective element has a heating element, at least a pair of main electrodes, and a current-carrying electrode of the heat-generating element provided on an insulating substrate, and further has a fuse element electrically connected by bridging between the main electrode and the current-carrying electrode. The fuse element is a metal composite made of a high-melting point metal material and a low-melting point metal material, and has a structure in which the low-melting point metal material is filled in the gaps of the grid made of the high-melting point metal material.
本発明に係る保護回路の第3様態は、リチウムイオン電池など二次電池のバッテリパックを過充電と過熱から保護する保護回路であって、
1以上の二次電池のセルが接続されたバッテリ(組電池)と、セルまたはバッテリの電圧に応じて制御信号を出力する信号制御部と、バッテリの外部端子との間の電流回路に並列接続され、かつ信号制御部からの信号を受けてオン/オフ制御する1つ以上のスイッチング素子と、ヒューズ素子と発熱素子を内蔵し、ヒューズ素子が放電回路または充電回路またはその両方と接続され、かつ発熱素子が信号制御部によって動作制御された保護素子とを備え、
保護素子は、絶縁基板に発熱素子と少なくとも一対の主電極と発熱素子の通電電極とが設けられており、さらに主電極と通電電極との間を架橋して電気接合したヒューズ素子とを有し、前記ヒューズ素子は、高融点金属材と低融点金属材とからなる金属複合体であって、高融点金属材のリボン状ないし繊維状金属を織布状ないし不織布状に形成した布状物の間隙に低融点金属材を充填して成る保護回路が提供される。前記保護回路のヒューズ素子は、高融点金属材からなるリボン状ないし繊維状金属と低融点金属材からなるリボン状ないし繊維状金属とを互いに混合して形成した織布状ないし不織布状の布状物の間隙に低融点金属材を充填して形成してもよい。
A third aspect of the protection circuit according to the present invention is a protection circuit that protects a battery pack of secondary batteries such as lithium ion batteries from overcharging and overheating,
A battery (assembled battery) to which one or more secondary battery cells are connected, a signal control section that outputs a control signal according to the voltage of the cell or battery, and a current circuit connected in parallel to the external terminal of the battery. and contains one or more switching elements for on/off control in response to a signal from the signal control unit, a fuse element and a heating element, the fuse element being connected to a discharging circuit, a charging circuit, or both, and The heating element is provided with a protective element whose operation is controlled by the signal control unit,
The protective element has a heating element, at least a pair of main electrodes, and a current-carrying electrode of the heat-generating element provided on an insulating substrate, and further has a fuse element electrically connected by bridging between the main electrode and the current-carrying electrode. The fuse element is a metal composite composed of a high-melting metal material and a low-melting metal material, and is a cloth-like material formed by forming a ribbon-like or fibrous metal of the high-melting-point metal material into a woven or non-woven fabric. A protection circuit is provided in which the gap is filled with a low-melting-point metal material. The fuse element of the protection circuit is in the form of a woven fabric or non-woven cloth formed by mixing a ribbon-like or fibrous metal made of a high melting point metal material and a ribbon-like or fibrous metal made of a low melting point metal material. It may be formed by filling the gaps between the objects with a low-melting-point metal material.
例えば、本発明に係る保護回路30は、保護素子20を利用した二次電池保護回路である。図3に示す等価回路のように、リチウムイオン電池など二次電池のバッテリパックを過充電と過熱から保護する保護回路であって、
1以上の二次電池のセル301が接続されたバッテリ(組電池またはバッテリ・スタック)302と、セルまたはバッテリの電圧に応じて制御信号を出力する信号制御部303と、バッテリの外部端子304との間の電流回路に並列接続され、かつ信号制御部303からの信号を受けてオン/オフ制御する1つ以上のスイッチング素子305と、発熱素子32とヒューズ素子35を内蔵し、ヒューズ素子35が放電回路または充電回路またはその両方と接続され、かつ発熱素子32が信号制御部303によって動作制御された保護素子300とを備え、
保護素子300は、絶縁基板に発熱素子32と少なくとも一対の主電極33a,33bと発熱素子32の通電電極34とが設けられており、さらに主電極33a,33bと通電電極34との間を架橋して電気接合したヒューズ素子35とを有し、ヒューズ素子35は、金属浸入凝固性を有する高融点金属材と、前記高融点金属材中に浸入凝固させた低融点金属材からなる。
前記金属浸入凝固性高融点金属材は、繊維状材料で構成することができる。例えば、繊維状の高融点金属材をフェルト状にすることにより金属浸入凝固性を具備させることができる。ヒューズ素子は、前記フェルト状高融点金属材中に低融点金属材を浸入凝固させて成形してもよい。本発明に係る金属浸入凝固性の高融点金属材は、同金属材に有する繊維の隙間に、溶融させた低融点金属材を浸入凝固させることができればよい。フェルト状すなわち不織布様の形態からなる高融点金属材に替えて、金属材を網状ないし織布状に形成したのものを用いてもよい。あるいは、高融点金属材に多数の打抜き孔を備えたパンチングメタル材を用いてもよい。高融点金属材にパンチングメタル材を用いた場合は、少なくともパンチングメタル材の打抜き孔を低融点金属材で埋め、さらに必要に応じてパンチングメタル材の表面を低融点金属材で被覆してもよい。前記高融点金属材は銀、銅、銀合金、銅合金を用いてもよい。前記低融点金属材は錫、インジウム、ビスマス、錫系半田材、含インジウム半田材、含ビスマス半田材、含アンチモン半田材、含鉛半田材を用いてもよい。低融点金属材の一例として、Agを3~4質量%含有し残部がSnからなるSn-Ag合金、Cuを0.5~0.7質量%さらに必要に応じてAgを0~1質量%含有し残部がSnからなるSn-Cu-Ag合金(但し銀は必須ではない)、Agを3~4質量%さらにCuを0.5~1質量%含有し残部がSnからなるSn-Ag-Cu合金、Biを10~60質量%含有し残部がSnからなるSn-Bi合金および96.5Sn-3.5Ag合金、99.25Sn-0.75Cu合金、96.5Sn-3Ag-0.5Cu合金、95.5Sn-4Ag-0.5Cu合金、42Sn-58Bi合金などの無鉛錫系はんだ材が好適に利用できる。(合金材の係数は元素の質量%を示す。)
For example, the
A battery (assembled battery or battery stack) 302 to which one or more secondary battery cells 301 are connected, a
The
The high-melting-point metal material with metal infiltration and solidification properties can be composed of a fibrous material. For example, by making a fibrous high-melting-point metal material into a felt-like material, it is possible to provide metal penetration and coagulability. The fuse element may be formed by infiltrating and solidifying a low melting point metal material in the felt-like high melting point metal material. The high-melting-point metal material of the present invention, which has a metal-infiltration-solidification property, should be capable of infiltrating and solidifying a molten low-melting-point metal material in the gaps between the fibers of the metal material. Instead of the high-melting-point metal material in the form of felt, that is, in the form of a non-woven fabric, a metal material formed in the shape of a net or woven fabric may be used. Alternatively, a punching metal material having a large number of punched holes in a high-melting-point metal material may be used. When a punching metal material is used as the high melting point metal material, at least the punched holes of the punching metal material may be filled with a low melting point metal material, and if necessary, the surface of the punching metal material may be covered with a low melting point metal material. . Silver, copper, a silver alloy, or a copper alloy may be used as the refractory metal material. Tin, indium, bismuth, tin-based solder material, indium-containing solder material, bismuth-containing solder material, antimony-containing solder material, and lead-containing solder material may be used as the low melting point metal material. Examples of low-melting-point metal materials include Sn—Ag alloy containing 3 to 4% by mass of Ag and the balance being Sn, 0.5 to 0.7% by mass of Cu, and 0 to 1% by mass of Ag, if necessary. Sn--Cu--Ag alloy containing 3-4% by mass of Ag and the balance being Sn (although silver is not essential), containing 0.5-1% by mass of Cu and the balance being Sn-- Cu alloy, Sn—Bi alloy containing 10 to 60% by mass of Bi and the balance being Sn, 96.5Sn-3.5Ag alloy, 99.25Sn-0.75Cu alloy, 96.5Sn-3Ag-0.5Cu alloy , 95.5Sn-4Ag-0.5Cu alloy, 42Sn-58Bi alloy, and other lead-free tin-based solder materials can be suitably used. (The coefficients for alloy materials indicate mass % of elements.)
本発明に係る実施例1のヒューズ素子15は、図1に示すように、金属浸入凝固性を有する銀材からなる高融点金属材16と、前記高融点金属材中に浸入凝固させた錫製の低融点金属材17とからなる。高融点金属材16は、細かなリボン状の銀箔材を集めてシート状にしたもので構成されており、言わばシート状の金属束子様のものである。実施例1のヒューズ素子15は、金属浸入凝固性の高融点金属材16に溶融させた錫を浸入凝固させて凝固させたもので、銀細繊維からなる高融点金属材16の間隙に錫製の低融点金属材17を浸入凝固させて形成した複合金属材である。銀材は、錫製低融点金属材17に溶解性でかつ低融点金属材17より高融点の銅材などに変更することもできる。錫製低融点金属材17は、はんだ材に変更することができる。これにより、銀と錫との分布が特定の平面に偏在していない等方性の非積層体からなる複合金属材で構成された低抵抗のヒューズ素子15が実現できる。異方性を持たないので表裏を気にすることなく組み立てることができる。ヒューズ素子15は、銀細繊維からなる高融点金属材16を錫製低融点金属材17と複合化させたことによって、錫製低融点金属材17のみで構成したヒューズと比較して電気抵抗を低くすることができ、リフローはんだ付けに耐えることができるようになる。ヒューズ素子15は、回路保護素子のヒューズ素子として利用でき2次電池の保護回路に用いられる。
As shown in FIG. 1, the
本発明に係る実施例2の保護素子20は、実施例1のヒューズ素子15を搭載した保護素子であって、図2に示すようにアルミナ製絶縁基板21と、厚膜抵抗体からなる発熱素子22と、一対の焼結銀製の主電極23aおよび23bと、発熱素子22に通電する焼結銀製の通電電極24とが絶縁基板21に設けられており、さらに主電極23a、23bと通電電極24との間を架橋して電気接合したヒューズ素子25とを有し、ヒューズ素子25は、金属浸入凝固性を有する銀材からなる高融点金属材26と、高融点金属材26中に浸入凝固させた錫製の低融点金属材27とからなる。ヒューズ素子25は、金属浸入凝固性の高融点金属材26に溶融させた錫を浸入凝固させて凝固させたもので、銀細繊維からなる高融点金属材26の間隙に錫製の低融点金属材27を浸入凝固させて形成した複合金属材である。銀材は、錫製低融点金属材27に溶解性でかつ低融点金属材27より高融点の銅材などに変更してもよい。錫製低融点金属材27は、はんだ材に変更してもよい。
保護素子20の主電極23aおよび23bおよび通電電極24は、絶縁基板21の下面に配置した焼結銀製のパッド電極28に絶縁基板21の側面に設けた焼結銀製のハーフ・スルーホール29を通して接続されており通電できるようになっている。ヒューズ素子25は、主電極23aおよび23bおよび通電電極24に半田材200を用いて接続されている。なお、特に図示しないが前記ヒューズ素子は、主電極23aおよび23bおよび通電電極24との半田接合面を除く表面にフラックスを塗布している。前記ヒューズ素子の上部を覆う蓋体210を絶縁基板21有する。
A
The
本発明に係る実施例3の保護回路30は、実施例2の保護素子20を利用した二次電池保護回路である。図3に示すようにリチウムイオン電池など二次電池のバッテリパックを過充電と過熱から保護する保護回路であって、
二次電池のセル301が接続されたバッテリ・スタック302と、バッテリセル301の電圧に応じて制御信号を出力する信号制御部303と、バッテリ・スタック302の外部端子304との間の電流回路に並列接続され、かつ信号制御部303からの信号を受けてオン/オフ制御する1つ以上のスイッチング素子305と、発熱素子32とヒューズ素子35a,35bを内蔵し、ヒューズ素子35,35bが放電回路ないし充電回路と接続され、かつ発熱素子32が信号制御部303によって動作制御された保護素子300とを備え、
保護素子300は、アルミナ製絶縁基板と、厚膜抵抗体からなる発熱素子32と、一対の焼結銀製の主電極33aおよび33bと、発熱素子32に通電する焼結銀製の通電電極34とが絶縁基板に設けられており、さらに主電極33a、33bと通電電極34との間を架橋して電気接合したヒューズ素子35a,35bとを有し、ヒューズ素子35a,35bは、金属浸入凝固性を有する銀材からなる高融点金属材と、高融点金属材中に浸入凝固させた錫製の低融点金属材とからなる。ヒューズ素子35a,35bは、金属浸入凝固性の高融点金属材に溶融させた錫を浸入凝固させて凝固させたもので、銀細繊維からなる高融点金属材の間隙に錫製の低融点金属材を充填した複合金属材である。高融点金属材を形成する銀材は、錫製低融点金属材に溶解性で、かつ前記低融点金属材より高融点の銅材などに変更してもよい。錫製低融点金属材は、はんだ材に変更してもよい。
保護回路300のヒューズ素子は、高融点金属材の極細リボン状金属を不織布状にした布状物の間隙に低融点金属材を充填して成る。なお、前記ヒューズ素子は、高融点金属材からなる繊維状金属と、低融点金属材からなる繊維状金属とを互いに混合して形成した不織布の間隙に低融点金属材を充填して形成してもよい。
A
A current circuit between a
The
The fuse element of the
本発明に係る実施例4の保護回路40は、実施例2の保護素子20を利用した二次電池保護回路である。図4に示すようにリチウムイオン電池など二次電池のバッテリパックを過充電と過熱から保護する保護回路であって、
二次電池のセル401が接続されたバッテリ・スタック402と、バッテリセル401の電圧に応じて制御信号を出力する信号制御部403と、バッテリ・スタック402の外部端子404との間の電流回路に並列接続され、かつ信号制御部403からの信号を受けてオン/オフ制御する1つ以上のスイッチング素子405と、発熱素子42とヒューズ素子45a,45bを内蔵し、ヒューズ素子45,45bが放電回路406および充電回路407と接続され、かつ発熱素子42が信号制御部403によって動作制御された保護素子400とを備え、
保護素子400は、アルミナ製絶縁基板と、厚膜抵抗体からなる発熱素子42と、一対の焼結銀製の主電極43aおよび43bと、発熱素子42に通電する焼結銀製の通電電極44とが絶縁基板に設けられており、さらに主電極43a、43bと通電電極44との間を架橋して電気接合したヒューズ素子45a,45bとを有し、ヒューズ素子45a,45bは、金属浸入凝固性を有する銀材からなる高融点金属材と、高融点金属材中に浸入凝固させた錫製の低融点金属材とからなる。ヒューズ素子45a,45bは、金属浸入凝固性の高融点金属材に溶融させた錫を浸入凝固させて凝固させたもので、銀細繊維からなる高融点金属材の間隙に錫製の低融点金属材を充填した複合金属材である。高融点金属材を形成する銀材は、錫製低融点金属材に溶解性で、かつ前記低融点金属材より高融点の銅材などに変更してもよい。錫製低融点金属材は、はんだ材に変更してもよい。
保護回路400のヒューズ素子は、高融点金属材の極細リボン状金属を不織布状にした布状物の間隙に低融点金属材を充填して成る。なお、前記ヒューズ素子は、高融点金属材からなる繊維状金属と、低融点金属材からなる繊維状金属とを互いに混合して形成した不織布の間隙に低融点金属材を充填して形成してもよい。
A
A current circuit between a
The
The fuse element of the
本発明の保護素子は、リフローはんだ付けにより他の回路基板に実装することができ、電池パックなど2次電池の保護装置に利用できる。 The protection element of the present invention can be mounted on another circuit board by reflow soldering, and can be used as a protection device for secondary batteries such as battery packs.
ヒューズ素子15、高融点金属材16、低融点金属材17、
保護素子20、絶縁基板21、発熱素子22、主電極23a、23b、通電電極24、ヒューズ素子25、高融点金属材26、低融点金属材27、パッド電極28、ハーフ・スルーホール29、半田材200、蓋体210、
保護回路30、発熱素子32、ヒューズ素子35a,35b、主電極33a,33b、通電電極34、保護素子300、セル301、バッテリ・スタック302、信号制御部303、外部端子304、スイッチング素子305、
保護回路40、発熱素子42、ヒューズ素子45a,45b、主電極43a,43b、通電電極44、保護素子400、セル401、バッテリ・スタック402、信号制御部403、外部端子404、スイッチング素子405、放電回路406、充電回路407。
fuse
Claims (39)
1以上の二次電池のセルが接続されたバッテリと、前記セルまたは前記バッテリの電圧に応じて制御信号を出力する信号制御部と、前記バッテリの外部端子との間の電流回路に並列接続され、かつ前記信号制御部からの信号を受けてオン/オフ制御する1つ以上のスイッチング素子と、ヒューズ素子と発熱素子を内蔵し、前記ヒューズ素子が放電回路または充電回路またはその両方と接続され、かつ前記発熱素子が前記信号制御部によって動作制御された保護素子とを備え、
前記保護素子は、絶縁基板に前記発熱素子と少なくとも一対の主電極と前記発熱素子の通電電極とが設けられており、さらに前記主電極と前記通電電極との間を架橋して電気接合した前記ヒューズ素子とを有し、前記ヒューズ素子は、高融点金属材と低融点金属材とからなる金属複合体であって、前記高融点金属材と前記低融点金属材の分布が方向に依存せず等方分布を有する保護回路。 A protection circuit for protecting a battery pack of secondary batteries from overcharging and overheating,
A current circuit is connected in parallel between a battery to which one or more secondary battery cells are connected, a signal control unit that outputs a control signal according to the voltage of the cell or the battery, and an external terminal of the battery. and one or more switching elements for on/off control in response to a signal from the signal control unit, a fuse element and a heating element are incorporated, and the fuse element is connected to a discharge circuit or a charge circuit or both, and a protective element whose operation is controlled by the signal control unit,
The protection element includes the heating element, at least a pair of main electrodes, and an energizing electrode of the heating element provided on an insulating substrate, and the main electrode and the energizing electrode are electrically connected by bridging. a fuse element, wherein the fuse element is a metal composite made of a high melting point metal material and a low melting point metal material, and the distribution of the high melting point metal material and the low melting point metal material does not depend on the direction Protection circuit with isotropic distribution.
1以上の二次電池のセルが接続されたバッテリと、前記セルまたは前記バッテリの電圧に応じて制御信号を出力する信号制御部と、前記バッテリの外部端子との間の電流回路に並列接続され、かつ前記信号制御部からの信号を受けてオン/オフ制御する1つ以上のスイッチング素子と、ヒューズ素子と発熱素子を内蔵し、前記ヒューズ素子が放電回路または充電回路またはその両方と接続され、かつ前記発熱素子が前記信号制御部によって動作制御された保護素子とを備え、
前記保護素子は、絶縁基板に前記発熱素子と少なくとも一対の主電極と前記発熱素子の通電電極とが設けられており、さらに前記主電極と前記通電電極との間を架橋して電気接合した前記ヒューズ素子とを有し、前記ヒューズ素子は、高融点金属材と低融点金属材とからなる金属複合体であって、前記高融点金属材からなる格子の隙間に、前記低融点金属材が充填されている構成を有する保護回路。 A protection circuit for protecting a battery pack of secondary batteries from overcharging and overheating,
A current circuit is connected in parallel between a battery to which one or more secondary battery cells are connected, a signal control unit that outputs a control signal according to the voltage of the cell or the battery, and an external terminal of the battery. and one or more switching elements for on/off control in response to a signal from the signal control unit, a fuse element and a heating element are incorporated, and the fuse element is connected to a discharge circuit or a charge circuit or both, and a protective element whose operation is controlled by the signal control unit,
The protection element includes the heating element, at least a pair of main electrodes, and an energizing electrode of the heating element provided on an insulating substrate, and the main electrode and the energizing electrode are electrically connected by bridging. a fuse element, wherein the fuse element is a metal composite composed of a high-melting-point metal material and a low-melting-point metal material, and the low-melting-point metal material fills a gap in a lattice made of the high-melting-point metal material. A protection circuit having a
1以上の二次電池のセルが接続されたバッテリと、前記セルまたは前記バッテリの電圧に応じて制御信号を出力する信号制御部と、前記バッテリの外部端子との間の電流回路に並列接続され、かつ前記信号制御部からの信号を受けてオン/オフ制御する1つ以上のスイッチング素子と、ヒューズ素子と発熱素子を内蔵し、前記ヒューズ素子が放電回路または充電回路またはその両方と接続され、かつ前記発熱素子が前記信号制御部によって動作制御された保護素子とを備え、
前記保護素子は、絶縁基板に発熱素子と少なくとも一対の主電極と発熱素子の通電電極とが設けられており、さらに主電極と通電電極との間を架橋して電気接合したヒューズ素子とを有し、前記ヒューズ素子は、高融点金属材と低融点金属材とからなる金属複合体であって、高融点金属材のリボン状ないし繊維状金属を織布状ないし不織布状に形成した布状物の間隙に低融点金属材を充填して成る保護回路。 A protection circuit for protecting a battery pack of secondary batteries from overcharging and overheating,
A current circuit is connected in parallel between a battery to which one or more secondary battery cells are connected, a signal control unit that outputs a control signal according to the voltage of the cell or the battery, and an external terminal of the battery. and one or more switching elements for on/off control in response to a signal from the signal control unit, a fuse element and a heating element are incorporated, and the fuse element is connected to a discharge circuit or a charge circuit or both, and a protective element whose operation is controlled by the signal control unit,
The protection element includes a heating element, at least a pair of main electrodes, and a current-carrying electrode of the heat-generating element provided on an insulating substrate, and further includes a fuse element electrically connected by bridging between the main electrode and the current-carrying electrode. The fuse element is a metal composite composed of a high-melting metal material and a low-melting metal material, and is a cloth-like material obtained by forming a ribbon-like or fibrous metal of the high-melting-point metal material into a woven or non-woven fabric. A protection circuit made by filling a low-melting-point metal material in the gap between
1以上の二次電池のセルが接続されたバッテリと、前記セルまたは前記バッテリの電圧に応じて制御信号を出力する信号制御部と、前記バッテリの外部端子との間の電流回路に並列接続され、かつ前記信号制御部からの信号を受けてオン/オフ制御する1つ以上のスイッチング素子と、ヒューズ素子と発熱素子を内蔵し、前記ヒューズ素子が放電回路または充電回路またはその両方と接続され、かつ前記発熱素子が前記信号制御部によって動作制御された保護素子とを備え、
前記保護素子は、絶縁基板に前記発熱素子と少なくとも一対の主電極と前記発熱素子の通電電極とが設けられており、さらに前記主電極と前記通電電極との間を架橋して電気接合した前記ヒューズ素子とを有し、前記ヒューズ素子は、高融点金属材からなるリボン状ないし繊維状金属と低融点金属材からなるリボン状ないし繊維状金属とを互いに混合して形成した織布状ないし不織布状の布状物の間隙に低融点金属材を充填して形成して成る保護回路。 A protection circuit for protecting a battery pack of secondary batteries from overcharging and overheating,
A current circuit is connected in parallel between a battery to which one or more secondary battery cells are connected, a signal control unit that outputs a control signal according to the voltage of the cell or the battery, and an external terminal of the battery. and one or more switching elements for on/off control in response to a signal from the signal control unit, a fuse element and a heating element are incorporated, and the fuse element is connected to a discharge circuit or a charge circuit or both, and a protective element whose operation is controlled by the signal control unit,
The protection element includes the heating element, at least a pair of main electrodes, and an energizing electrode of the heating element provided on an insulating substrate, and the main electrode and the energizing electrode are electrically connected by bridging. The fuse element is a woven fabric or non-woven fabric formed by mixing a ribbon-shaped or fibrous metal made of a high-melting metal material and a ribbon-shaped or fibrous metal made of a low-melting metal material. A protective circuit formed by filling a low-melting-point metal material in the gaps of a cloth-like material.
The low melting point metal material contains 3 to 4% by mass of Ag and the balance is Sn—Ag alloy, 0.5 to 0.7% by mass of Cu, and 0 to 1% by mass of Ag if necessary. Sn--Cu--Ag alloy with the balance being Sn (however, silver is not essential), containing 3-4% by mass of Ag and 0.5-1% by mass of Cu, and the balance being Sn--Sn--Ag--Cu alloys, Sn—Bi alloys containing 10 to 60% by mass of Bi and the balance being Sn, 96.5Sn-3.5Ag alloys, 99.25Sn-0.75Cu alloys, 96.5Sn-3Ag-0.5Cu alloys, 38. The protection circuit according to any one of claims 27 to 37, which is made of any lead-free tin-based solder material such as 95.5Sn-4Ag-0.5Cu alloy and 42Sn-58Bi alloy.
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2021082038A JP2022175540A (en) | 2021-05-14 | 2021-05-14 | protective element |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2021082038A JP2022175540A (en) | 2021-05-14 | 2021-05-14 | protective element |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JP2022175540A true JP2022175540A (en) | 2022-11-25 |
Family
ID=84145121
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP2021082038A Pending JP2022175540A (en) | 2021-05-14 | 2021-05-14 | protective element |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
JP (1) | JP2022175540A (en) |
-
2021
- 2021-05-14 JP JP2021082038A patent/JP2022175540A/en active Pending
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
CN105453211B (en) | Protection element and battery pack | |
JP6249602B2 (en) | Protective element | |
CN105051855B (en) | Fuse element and fuse-wire device | |
CN107004538B (en) | The manufacturing method of fixing body, the installation method of temperature fuse device and temperature fuse device | |
JP3067011B2 (en) | Protection element and method of manufacturing the same | |
JP3185962B2 (en) | Protection circuit and protection element | |
WO2020129406A1 (en) | Protection element and battery pack | |
TW201826654A (en) | Protection element | |
JP6659239B2 (en) | Protection element, fuse element | |
JP7050019B2 (en) | Protective element | |
KR20220034232A (en) | Protection element, battery pack | |
CN110741457B (en) | Protective element | |
JP2018156959A (en) | Protection element and battery pack | |
TW201535450A (en) | Cutoff element and cutoff element circuit | |
JP4297431B2 (en) | Alloy-type thermal fuse and protective device using the same | |
JP6711704B2 (en) | Protective device with bypass electrode | |
JP2022175540A (en) | protective element | |
TWI629702B (en) | Blocking element and blocking element circuit | |
JP7390825B2 (en) | Protection element, battery pack | |
JP7040886B2 (en) | Protective element | |
CN221304566U (en) | Protection assembly | |
TWI820279B (en) | Protection element and battery pack | |
KR102418683B1 (en) | Short circuit element and compensation circuit using same | |
KR20240031083A (en) | Fuse alloy and protective device | |
JP2016085948A (en) | Protection element |