JP6427331B2 - 保護素子、保護回路及びバッテリ回路 - Google Patents
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Description
本発明が適用されたバッテリ回路1は、図1に示すように、例えばリチウムイオン二次電池のバッテリパック10内の回路に組み込まれて用いられる。バッテリ回路1は、バッテリスタック2と、バッテリスタック2の異常電圧時に充放電経路を遮断する保護回路3と、保護回路3に流れる電流を制御する電流制御素子4とを有する。
ここで、バッテリ回路1は、負荷抵抗16が、第1の電極11と発熱体引出電極18との間において第1のヒューズ13と並列に接続され、発熱体15とは第1の電極11と発熱体電極19との間において直列に接続されている。したがって、発熱体15への給電経路が開放されたときに、発熱体15に流れるバッテリスタック2の電流が負荷抵抗16によって影響を受けることがなく、第1、第2のヒューズ13,14を速やかに溶断することができる。すなわち、バッテリスタック2の電流は、ほぼ全てが負荷抵抗16に流れることなく第1のヒューズ13を経て発熱体15へ給電されることから、負荷抵抗16の影響を受けることなく溶断時間のバラつきも発生しない。
次いで、保護回路3を構成する本発明が適用された保護素子20について説明する。図5、図6に示すように、保護素子20は、絶縁基板21と、発熱体15と、絶縁基板21に積層され、バッテリ回路1等の外部回路と接続される第1、第2の電極11,12と、第1、第2の電極11,12、及び発熱体引出電極18に積層され、加熱により第1の電極11と第2の電極12との間の電流経路を遮断する可溶導体22と、外部回路及び発熱体15に直列に接続されるとともに、第1の電極11と発熱体引出電極18との間において可溶導体22と並列に接続された負荷抵抗16とを備える。
絶縁基板21は、たとえば、アルミナ、ガラスセラミックス、ムライト、ジルコニアなどの絶縁性を有する部材によって形成される。その他、ガラスエポキシ基板、フェノール基板等のプリント配線基板に用いられる材料を用いてもよいが、可溶導体22の溶断時の温度に留意する必要がある。
第1及び第2の電極11,12は、絶縁基板21の表面21a上に形成されている。また、第1及び第2の電極11,12は、スルーホールを介して絶縁基板21の裏面21bに形成された外部接続端子11a,12aと連続されている。
発熱体15は、絶縁基板21の表面21aに積層され、絶縁部材25に覆われている。発熱体15は、比較的抵抗値が高く通電すると発熱する導電性を有する部材であって、例えばW、Mo、Ru等からなる。これらの合金あるいは組成物、化合物の粉状体を樹脂バインダ等と混合して、ペースト状にしたものを絶縁基板21上にスクリーン印刷技術を用いてパターン形成して、焼成する等によって形成される。発熱体15は、一端が発熱体引出電極18と接続され、他端が発熱体電極19と接続されている。
第1、第2のヒューズ13,14を構成する可溶導体22は、発熱体15の発熱により速やかに溶断されるいずれの金属を用いることができ、例えば、Snを主成分とするPbフリーハンダ等の低融点金属を好適に用いることができる。
負荷抵抗16は、発熱体15と同様に、絶縁基板21の表面21aに積層され、絶縁部材25に覆われている。負荷抵抗16は、比較的抵抗値が高く通電すると発熱する導電性を有する部材であって、例えばW、Mo、Ru等、発熱体15と同じ材料を用いことができる。負荷抵抗16は、これらの合金あるいは組成物、化合物の粉状体を樹脂バインダ等と混合して、ペースト状にしたものを絶縁基板21上にスクリーン印刷技術を用いてパターン形成して、焼成する等によって形成することができ、発熱体15と同一の印刷工程で形成することが製造効率上、好ましい。
なお、保護素子20は、可溶導体22の酸化防止、及び可溶導体22の溶融時における濡れ性を向上させるために、可溶導体22の上にフラックス(図示せず)が塗布されている。また、保護素子20は、絶縁基板21の表面21aがカバー部材(図示せず)に覆われることによりその内部が保護されている。カバー部材は、上記絶縁基板21と同様に、たとえば、熱可塑性プラスチック,セラミックス,ガラスエポキシ基板等の絶縁性を有する部材を用いて形成されている。
このような保護素子20は、バッテリ回路1を構成する回路基板にリフロー表面実装等により接続される。これにより、保護素子20は、絶縁基板21の裏面21bに形成された外部接続端子を介して、第1の電極11はバッテリスタック2と接続され、第2の電極12はバッテリ回路1の外部端子と接続され、発熱体電極19は電流制御素子4と接続される。
また、保護素子20は、図9に示すように、発熱体引出電極18の引出部18aを絶縁基板21の一方の側縁に形成するとともに発熱体電極19を絶縁基板21の一方の側縁に対向する他方の側縁に形成し、発熱体15を発熱体引出電極18の引出部18aと発熱体電極19との間にわたって形成し、かつ、負荷抵抗16を発熱体引出電極18の引出部18aと第1の電極11との間にわたって形成してもよい。
また、保護素子20は、図10(A)(B)に示すように、負荷抵抗16を絶縁基板21の裏面21bに形成してもよい。この場合、負荷抵抗16は、第1の電極11とスルーホール(図示せず)を介して絶縁基板21の裏面21bに形成された外部接続端子11aと接続されるとともに、絶縁基板21の裏面21bに形成され発熱体引出電極18とスルーホール(図示せず)を介して接続された外部接続端子18aとも接続される。なお、負荷抵抗16は、図示しない絶縁部材によって被覆されていることが好ましい。
また、保護素子20は、負荷抵抗16を備えず、バッテリ回路1を構成する回路基板に実装されることにより、負荷抵抗16を発熱体引出電極18と第1の電極11との間にわたって負荷抵抗16が接続されるようにしてもよい。例えば図11に示すように、負荷抵抗16としてチップ抵抗16aを用いる。保護素子20は、回路基板上に実装されることにより、第1の電極11と接続されている外部接続端子11aが回路基板の接続電極30に接続され、発熱体引出電極18と接続されている外部接続端子18aが回路基板の接続電極31に接続される。そして、チップ抵抗16aは、接続電極30,31間にわたって実装されることにより、発熱体引出電極18と第1の電極11との間に接続される。
Claims (12)
- 絶縁基板と、
発熱体と、
上記絶縁基板に積層され、外部回路と接続される第1、第2の電極と、
上記第1、第2の電極、及び上記第1、第2の電極間に設けられ、上記発熱体と接続された発熱体引出電極に積層され、上記発熱体の発熱によって溶断することにより上記第1の電極と上記第2の電極との間の電流経路を遮断する可溶導体とを有し、
上記第1の電極と上記発熱体引出電極との間において負荷抵抗が上記可溶導体と並列に接続されるとともに、上記負荷抵抗が上記外部回路及び上記発熱体に直列に接続される保護素子。 - 上記負荷抵抗は、上記絶縁基板の上記発熱体と同一表面又は反対面に設けられている請求項1記載の保護素子。
- 上記負荷抵抗は、外部接続部品である請求項1記載の保護素子。
- 上記外部回路は、バッテリ回路であり、
上記第1の電極は、バッテリスタックと接続され、
上記第2の電極は、上記バッテリ回路の外部接続端子と接続されている請求項1〜3のいずれか1項に記載の保護素子。 - 上記可溶導体は、上記第1の電極と上記発熱体引出電極とを接続する第1のヒューズと、上記第2の電極と上記発熱体引出電極とを接続する第2のヒューズとが形成され、
上記第2のヒューズが上記第1のヒューズよりも先に溶断する請求項4に記載の保護素子。 - 上記発熱体は、上記第2のヒューズ側に偏倚して形成されている請求項5記載の保護素子。
- 外部回路に接続される第1、第2の電極と、
上記第1、第2の電極間にわたる電流経路上に直列に設けられた第1、第2のヒューズと、
上記第1、第2のヒューズ間に設けられた発熱体引出電極と、上記外部回路の開放端と接続された発熱体電極との間に設けられ、上記第1、第2のヒューズを溶断する発熱体とを有し、
上記第1の電極と上記発熱体引出電極との間において負荷抵抗が上記第1のヒューズと並列に接続されるとともに、上記負荷抵抗が上記第1の電極と上記発熱体電極との間において上記発熱体に直列に接続される保護回路。 - 上記負荷抵抗を備える請求項7記載の保護回路。
- 上記負荷抵抗は、外部接続部品である請求項7記載の保護回路。
- バッテリスタックと、
上記バッテリスタックの充放電経路に直列に接続された第1、第2のヒューズと、
発熱することにより上記第1、第2のヒューズを溶断させ上記充放電経路を遮断する発熱体と、
上記バッテリスタック及び上記発熱体と直列に接続されるとともに、上記第1のヒューズと並列に接続された負荷抵抗と、
上記発熱体と直列に接続されるとともに、上記バッテリスタックと並列に接続され、上記発熱体に通電させ上記バッテリスタックを遮断する電流制御素子とを有するバッテリ回路。 - 上記第1のヒューズと、上記第2のヒューズと、上記発熱体とで、保護回路を構成する請求項10記載のバッテリ回路。
- さらに、上記負荷抵抗とで上記保護回路を構成する請求項11記載のバッテリ回路。
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