KR102043051B1

KR102043051B1 - 보호 소자

Info

Publication number: KR102043051B1
Application number: KR1020167010242A
Authority: KR
Inventors: 치사토 고모리; 고이치 무카이; 가즈타카 후루타; 도시아키 아라키; 고지 에지마; 다카시 후지하타
Original assignee: 데쿠세리아루즈 가부시키가이샤
Priority date: 2014-01-15
Filing date: 2014-01-15
Publication date: 2019-11-11
Also published as: CN105706210A; KR20160106547A; WO2015107631A1; CN105706210B

Abstract

본 발명은 가용 도체의 정격 용량을 향상시킴과 함께, 가용 도체의 신속한 용단을 가능하게 하고, 또한 용융 도체를 유지하는 허용량을 증가시킨다. 절연 기판(11)과, 절연 기판(11)에 적층된 제1 발열체(14)와, 제1 발열체(14)를 덮는 절연 부재(15)와, 절연 기판(11)에 적층된 제1 및 제2 전극(12)과, 제1 발열체(14)와 중첩하도록 절연 부재(15) 상에 적층되고, 제1 및 제2 전극(12) 사이의 전류 경로 상에서 제1 발열체(14)에 전기적으로 접속된 발열체 인출 전극(16)과, 발열체 인출 전극(16)으로부터 제1 및 제2 전극(12, 12)에 걸쳐 적층되고, 열에 의해 제1 전극(12)과 제2 전극(12) 사이의 전류 경로를 용단하는 가용 도체(13)와, 커버 부재(19)를 구비하고, 가용 도체(13)의 위쪽에는 제2 발열체(25)가 설치되어 있다.

Description

보호 소자{PROTECTIVE ELEMENT}

본 발명은 전류 경로를 용단함으로써, 전류 경로 상에 접속된 배터리로의 충방전을 정지하여, 배터리의 열폭주를 억제하는 보호 소자에 관한 것이다.

충전하여 반복 이용할 수 있는 이차 전지의 대부분은 배터리 팩으로 가공되어 유저에 제공된다. 특히 중량 에너지 밀도가 높은 리튬 이온 이차 전지에 있어서는, 유저 및 전자 기기의 안전을 확보하기 위해 일반적으로 과충전 보호, 과방전 보호 등의 몇 개나 되는 보호 회로를 배터리 팩에 내장하여, 소정의 경우에 배터리 팩의 출력을 차단하는 기능을 갖고 있다.

이러한 종류의 보호 소자에는 배터리 팩에 내장된 FET 스위치를 사용하여 출력의 ON/OFF를 행함으로써, 배터리 팩의 과충전 보호 또는 과방전 보호 동작을 행하는 것이 있다. 그러나, 어떠한 원인으로 FET 스위치가 단락 파괴되었을 경우, 낙뢰 서지 등이 인가되어 순간적인 대전류가 흘렀을 경우, 또는 배터리 셀의 수명에 의해 출력 전압이 이상적으로 저하되거나, 반대로 과대한 이상 전압을 출력한 경우이더라도 배터리 팩이나 전자 기기는 발화 등의 사고로부터 보호되어야만 한다. 따라서, 이러한 상정할 수 있는 어떠한 이상 상태에 있어서도 배터리 셀의 출력을 안전하게 차단하기 위해, 외부로부터의 신호에 의해 전류 경로를 차단하는 기능을 갖는 퓨즈 소자를 포함하는 보호 소자가 사용되고 있다.

이러한 리튬 이온 이차 전지 등에 적합한 보호 회로의 보호 소자로서는, 특허문헌 1에 기재되어 있는 바와 같이, 전류 경로 상의 제1 및 제2 전극간에 걸쳐 가용 도체를 접속하여 전류 경로의 일부를 이루고, 이 전류 경로 상의 가용 도체를, 과전류에 의한 자기 발열, 또는 보호 소자 내부에 설치한 발열체에 의해 용단하는 것이 있다. 이러한 보호 소자에서는 용융한 액체 상태의 가용 도체를 제1 및 제2 전극 상에 모음으로써 전류 경로를 차단한다.

일본 특허 공개 제2010-003665호 공보 일본 특허 공개 제2004-265617호 공보

상술한 가용 도체를 사용한 보호 소자에 있어서는, 전류 경로의 차단 시의 절연 성능을 향상시키기 위해서는 제1 및 제2 전극간의 거리를 이격하는 것이 바람직하다. 그러나, 전자 기기의 소형화, 박형화에 수반하여 배터리 팩에 내장되는 보호 소자로서도 한층 더한 소형화, 박형화가 요구되어, 제1 및 제2 전극간의 거리를 이격하는 것이 어렵다. 또한, 이차 전지의 고용량화, 고출력화에 수반하여 보호 소자의 정격에 대하여 보다 큰 것이 요구되고 있다.

여기서, 보호 소자의 정격을 올리기 위해서는 가용 도체의 도체 저항의 저감과, 전류 경로의 차단 시에 있어서의 절연 성능과의 균형을 취할 필요가 있다. 즉, 전류를 보다 많이 흘리기 위해서는 도체 저항을 내릴 필요가 있고, 따라서 가용 도체의 단면적을 크게 할 필요가 있다. 그러나, 가용 도체의 단면적이 커질수록 용융시키는 가용 도체의 양이 증대하여, 그의 용단에 필요로 하는 시간이 길어져, 안전성을 손상시킬 우려가 있다.

또한, 가용 도체의 단면적을 크게 할수록 용융 도체를 유지하는 제1 및 제2 전극의 허용량을 초과하게 되어, 흘러 넘친 용융 도체에 의해 제1 및 제2 전극간이 단락할 우려도 있다. 이러한 문제의 개선안으로서, 가용 도체를 덮는 커버 부재에도 전극을 설치하고, 용융 도체를 유지하는 허용량을 증가시키는 구성도 제안되어 있다. 그러나, 가용 도체에 건 열이 커버부의 전극에 흡열되게 되어, 용융 도체의 습윤성이 현저히 저하되어, 오히려 허용량이 감소하는 경우가 있었다.

이에, 본 발명은 가용 도체의 정격 용량을 향상시킴과 함께, 가용 도체의 신속한 용단을 가능하게 하고, 또한 용융 도체를 유지하는 허용량을 증가시킬 수 있는 보호 소자를 제공하는 것을 목적으로 한다.

상술한 과제를 해결하기 위해, 본 발명에 따른 보호 소자는 절연 기판과, 상기 절연 기판에 적층된 제1 발열체와, 적어도 상기 제1 발열체를 덮도록 상기 절연 기판에 적층된 절연 부재와, 상기 절연 부재가 적층된 상기 절연 기판에 적층된 제1 및 제2 전극과, 상기 제1 발열체와 중첩하도록 상기 절연 부재 상에 적층되고, 상기 제1 및 제2 전극 사이의 전류 경로 상에서 당해 제1 발열체에 전기적으로 접속된 발열체 인출 전극과, 상기 발열체 인출 전극으로부터 상기 제1 및 제2 전극에 걸쳐 적층되고, 열에 의해, 당해 제1 전극과 당해 제2 전극 사이의 전류 경로를 용단하는 가용 도체와, 상기 절연 기판 상을 덮는 커버 부재를 구비하고, 상기 가용 도체의 위쪽에는 제2 발열체가 설치되어 있는 것이다.

본 발명에 따르면, 제2 발열체 및 제1 발열체가 발열된다. 이에 의해, 본 발명은 제1, 제2 발열 저항체에 의해 가용 도체를 가열한다. 따라서, 본 발명에 따르면, 전류 경로 상의 가용 도체의 정격을 향상시키기 위해 단면적을 두껍게 한 경우에도 빠르고, 확실하게 용단할 수 있다.

도 1의 A는 본 발명이 적용된 보호 소자를 나타내는 단면도이고, 도 1의 B는 커버 부재 및 플럭스를 제거한 상태의 평면도를 나타낸다.
도 2는 본 발명이 적용된 보호 소자를 나타내는 단면도이다.
도 3은 본 발명이 적용된 보호 소자가 내장된 배터리 모듈의 전체 구성을 나타내는 도면이다.
도 4는 본 발명이 적용된 보호 소자의 회로 구성을 나타내는 도면이다.
도 5는 종래의 보호 소자에 있어서의, 가용 도체가 용단된 상태를 나타내는 단면도이다.
도 6은 본 발명이 적용된 보호 소자에 있어서의, 가용 도체가 용단된 상태를 나타내는 단면도이다.
도 7은 본 발명이 적용된 보호 소자의 변형예를 나타내는 단면도이다.
도 8은 변형예에 따른 보호 소자의 회로 구성을 나타내는 도면이다.
도 9는 본 발명이 적용된 보호 소자의 다른 변형예를 나타내는 단면도이다.
도 10은 다른 변형예에 따른 보호 소자의 회로 구성을 나타내는 도면이다.
도 11은 본 발명이 적용된 보호 소자의 다른 변형예를 나타내는 단면도이다.
도 12는 본 발명이 적용된 보호 소자의 다른 변형예를 나타내는 단면도이다.
도 13은 본 발명이 적용된 보호 소자의 다른 변형예를 나타내는 단면도이다.
도 14는 본 발명이 적용된 보호 소자의 다른 변형예를 나타내는 단면도이다.
도 15는 본 발명이 적용된 보호 소자의 다른 변형예를 나타내는 단면도이다.

이하, 본 발명이 적용된 보호 소자에 대하여, 도면을 참조하면서 상세하게 설명한다. 또한, 본 발명은 이하의 실시 형태만으로 한정되는 것은 아니며, 본 발명의 요지를 일탈하지 않는 범위 내에서 다양한 변경이 가능함은 물론이다. 또한, 도면은 모식적인 것으로서, 각 치수의 비율 등은 현실의 것과는 상이할 수 있다. 구체적인 치수 등은 이하의 설명을 참작하여 판단해야 할 것이다. 또한, 도면 상호간에 있어서도 서로의 치수 관계나 비율이 상이한 부분이 포함되어 있음은 물론이다.

[보호 소자의 구성]

도 1, 도 2에 도시한 바와 같이, 본 발명이 적용된 보호 소자(10)는 절연 기판(11)과, 절연 기판(11)에 적층되고, 절연 부재(15)로 덮인 제1 발열 저항체(14)와, 절연 기판(11)의 양단에 형성된 전극(12(A1), 12(A2))과, 절연 부재(15) 상에 제1 발열 저항체(14)와 중첩하도록 적층된 발열체 인출 전극(16)과, 양단이 전극(12(A1), 12(A2))에 각각 접속되고, 중앙부가 발열체 인출 전극(16)에 접속된 가용 도체(13)와, 절연 기판(11) 상에 적재되어 내부를 보호하는 커버 부재(19)를 구비한다.

절연 기판(11)은, 예를 들어 알루미나, 유리 세라믹스, 멀라이트, 지르코니아 등의 절연성을 갖는 부재를 사용하여 대략 사각형 형상으로 형성되어 있다. 절연 기판(11)은 그 밖에도 유리 에폭시 기판, 페놀 기판 등의 프린트 배선 기판에 사용되는 재료를 사용할 수도 있지만, 퓨즈 용단 시의 온도에 유의할 필요가 있다.

제1 발열 저항체(14)는 비교적 저항값이 높고 통전하면 발열하는 도전성을 갖는 부재로서, 예를 들어 W, Mo, Ru 등을 포함한다. 이들의 합금 또는 조성물, 화합물의 분상체를 수지 결합제 등과 혼합하여, 페이스트상으로 한 것을 절연 기판(11) 상에 스크린 인쇄 기술을 사용하여 패턴 형성하여, 소성하는 등에 의해 형성한다.

제1 발열 저항체(14)를 덮도록 절연 부재(15)가 배치되고, 이 절연 부재(15)를 개재하여 제1 발열 저항체(14)에 대향하도록 발열체 인출 전극(16)이 배치된다. 제1 발열 저항체(14)의 열을 효율적으로 가용 도체에 전달하기 위해, 제1 발열 저항체(14)와 절연 기판(11) 사이에 절연 부재(15)를 적층할 수도 있다.

발열체 인출 전극(16)의 일단부는 제1 발열 저항체(14)에 접속되고, 이 제1 발열 저항체(14)를 통해 발열체 전극(18(P1))에 접속된다. 또한, 발열체 전극(18(P1))은 후술하는 커버 부재(19)에 설치된 도통 전극(22) 및 제2 발열 저항체(25)를 통해 다른 쪽 발열체 전극(18(P2))에 접속된다.

가용 도체(13)는 제1 발열 저항체(14)의 발열에 의해 빠르게 용단되는 저융점 금속으로 이루어지고, 예를 들어 Sn을 주성분으로 하는 Pb 프리 땜납을 적절히 사용할 수 있다. 또한, 가용 도체(13)는 저융점 금속과, Ag, Cu 또는 이들을 주성분으로 하는 합금 등의 고융점 금속과의 적층체일 수도 있다.

고융점 금속과 저융점 금속을 적층함으로써, 보호 소자(5)를 리플로우 실장하는 경우에, 리플로우 온도가 저융점 금속층의 용융 온도를 초과하여, 저융점 금속이 용융하더라도 가용 도체(13)로서 용단하기에는 이르지 못한다. 이러한 가용 도체(13)는 고융점 금속에 저융점 금속을 도금 기술을 이용하여 성막함으로써 형성할 수도 있고, 다른 주지된 적층 기술, 막 형성 기술을 사용함으로써 형성할 수도 있다. 또한, 가용 도체(13)는 외층을 구성하는 저융점 금속을 사용하여, 발열체 인출 전극(16) 및 전극(12(A1), 12(A2))에 땜납 접속할 수 있다.

또한, 가용 도체(13)의 산화 방지 및 가용 도체(13)의 용융 시에 있어서의 습윤성을 향상시키기 위해, 가용 도체(13) 상의 거의 전체면에 플럭스(17)를 도포할 수도 있다.

[제2 발열체]

보호 소자(10)는 절연 기판(11) 상에 이들 전극(12(A1), 12(A2)), 제1 발열 저항체(14), 절연 부재(15), 발열체 인출 전극(16) 및 발열체 전극(18(P1), 18(P2))이 형성됨과 함께 가용 도체(13)가 탑재되면, 커버 부재(19)에 덮임으로써 그의 내부가 보호된다.

커버 부재(19)는 보호 소자(10)의 측면을 구성하는 측벽(20)과, 보호 소자(10)의 상면을 구성하는 천장면부(21)를 갖고, 측벽(20)이 절연 기판(11) 상에 접속됨으로써, 보호 소자(10)의 내부를 폐색하는 덮개가 된다. 이 커버 부재(19)는 상기 절연 기판(11)과 마찬가지로, 예를 들어 세라믹스나 유리 에폭시 기판 등의 절연성을 갖는 부재를 사용하여 형성되어 있다.

측벽(20)은 기단부(20a)로부터 천장면부(21)에 걸쳐 도통 전극(22)이 형성되어 있다. 도통 전극(22)은, 예를 들어 Cu, W, Mo, Au 등 공지된 도전 재료를 사용할 수 있다. 또한, 도통 전극(22)은 기단부(20a)의 단부면으로부터 면해져 있다. 그리고, 측벽(20)은 기단부(20a)가 도전성 접착제나 땜납 페이스트 등의 접착제(23)에 의해 발열체 전극(18(P1), 18(P2))에 접속된다. 이에 의해, 측벽(20)은 도통 전극(22)이 발열체 전극(18(P1), 18(P2))에 전기적으로 접속되어 있다.

천장면부(21)는 측벽(20) 사이에 걸쳐 제2 발열 저항체(25)가 형성되어 있다. 제2 발열 저항체(25)는 상기 제1 발열 저항체(14)와 마찬가지로, 비교적 저항값이 높고 통전하면 발열하는 도전성을 갖는 부재로서, 예를 들어 W, Mo, Ru 등으로 이루어진다. 제2 발열 저항체(25)는 이들의 합금 또는 조성물, 화합물의 분상체를 수지 결합제 등과 혼합하여, 페이스트상으로 한 것을 천장면부(21) 상에 스크린 인쇄 기술을 사용하여 패턴 형성하여, 소성하는 등에 의해 형성한다. 제2 발열 저항체(25)는 천장면부(21) 상에 형성된 후, 추가로 커버 부재(19)를 구성하는 절연 부재가 적층됨으로써, 천장면부(21)에 내장된다. 또한, 제2 발열 저항체(25)는 커버 부재(19)가 절연 기판(11) 상을 덮음으로써, 발열체 인출 전극(16)과 대향하는 위치에 형성되어 있다.

또한, 제2 발열 저항체(25)는 양단이 측벽(20)에 형성된 도통 전극(22)과 접속되어 있다. 그리고, 천장면부(21)는 발열체 전극(18(P1), 18(P2)) 및 도통 전극(22)을 통해 제2 발열 저항체(25)가 통전됨으로써 발열한다. 따라서, 보호 소자(10)는 커버 부재(19)의 천장면부(21)측으로부터도 가용 도체(13)를 가열할 수 있다.

또한, 천장면부(21)는 가용 도체(13)와 대향하는 내면(21a)에 커버부 전극(26)을 형성하는 것이 바람직하다. 커버부 전극(26)은 제2 발열 저항체(25)와 중첩하는 위치에 형성되어 있다. 이 커버부 전극(26)은 제1, 제2 발열 저항체(14, 25)가 발열하여, 가용 도체(13)가 용융되면, 용융 도체가 접촉하여 번짐으로써, 용융 도체를 유지하는 허용량을 증가시킬 수 있다.

이때, 보호 소자(10)는 제2 발열 저항체(25)에 의해 커버부 전극(26)도 가열되고 있기 때문에, 제1 발열 저항체(14)의 열이 커버부 전극(26)에 의해 흡열되는 일이 없다. 따라서, 보호 소자(10)는 커버부 전극(26)에 확실하게 용융 도체를 번지게 할 수 있어, 흘러 넘친 용융 도체에 의한 단락을 방지할 수 있다.

[보호 소자의 사용 방법]

도 3에 도시한 바와 같이, 상술한 보호 소자(10)는 리튬 이온 이차 전지의 배터리 팩(30) 내의 회로에 사용된다.

예를 들어, 보호 소자(10)는 합계 4개의 리튬 이온 이차 전지의 배터리 셀(31 내지 34)을 포함하는 배터리 스택(35)을 갖는 배터리 팩(30)에 내장되어 사용된다.

배터리 팩(30)은 배터리 스택(35)과, 배터리 스택(35)의 충방전을 제어하는 충방전 제어 회로(40)와, 배터리 스택(35)의 이상 시에 충전을 차단하는 본 발명이 적용된 보호 소자(10)와, 각 배터리 셀(31 내지 34)의 전압을 검출하는 검출 회로(36)와, 검출 회로(36)의 검출 결과에 따라 보호 소자(10)의 동작을 제어하는 전류 제어 소자(37)를 구비한다.

배터리 스택(35)은 과충전 및 과방전 상태로부터 보호하기 위한 제어를 필요로 하는 배터리 셀(31 내지 34)이 직렬 접속된 것이며, 배터리 팩(30)의 정극 단자(30a), 부극 단자(30b)를 통해 착탈 가능하게 충전 장치(45)에 접속되어, 충전 장치(45)로부터의 충전 전압이 인가된다. 충전 장치(45)에 의해 충전된 배터리 팩(30)의 정극 단자(30a), 부극 단자(30b)를 배터리로 동작하는 전자 기기에 접속함으로써, 이 전자 기기를 동작시킬 수 있다.

충방전 제어 회로(40)는 배터리 스택(35)으로부터 충전 장치(45)에 흐르는 전류 경로에 직렬 접속된 2개의 전류 제어 소자(41, 42)와, 이들 전류 제어 소자(41, 42)의 동작을 제어하는 제어부(43)를 구비한다. 전류 제어 소자(41, 42)는, 예를 들어 전계 효과 트랜지스터(이하, FET라 칭함)에 의해 구성되고, 제어부(43)에 의해 게이트 전압을 제어함으로써, 배터리 스택(35)의 전류 경로의 도통과 차단을 제어한다. 제어부(43)는 충전 장치(45)로부터 전력 공급을 받아 동작하고, 검출 회로(36)에 의한 검출 결과에 따라, 배터리 스택(35)이 과방전 또는 과충전일 때, 전류 경로를 차단하도록 전류 제어 소자(41, 42)의 동작을 제어한다.

보호 소자(10)는, 예를 들어 배터리 스택(35)과 충방전 제어 회로(40)와의 사이의 충방전 전류 경로 상에 접속되어, 그 동작이 전류 제어 소자(37)에 의해 제어된다.

검출 회로(36)는 각 배터리 셀(31 내지 34)과 접속되고, 각 배터리 셀(31 내지 34)의 전압값을 검출하여, 각 전압값을 충방전 제어 회로(40)의 제어부(43)에 공급한다. 또한, 검출 회로(36)는 어느 하나의 배터리 셀(31 내지 34)이 과충전 전압 또는 과방전 전압이 되었을 때에 전류 제어 소자(37)를 제어하는 제어 신호를 출력한다.

전류 제어 소자(37)는, 예를 들어 FET에 의해 구성되고, 검출 회로(36)로부터 출력되는 검출 신호에 의해, 배터리 셀(31 내지 34)의 전압값이 소정의 과방전 또는 과충전 상태를 초과하는 전압이 되었을 때, 보호 소자(10)를 동작시켜서, 배터리 스택(35)의 충방전 전류 경로를 전류 제어 소자(41, 42)의 스위치 동작에 의하지 않고 차단하도록 제어한다.

이상과 같은 구성을 포함하는 배터리 팩(30)에 있어서, 본 발명이 적용된 보호 소자(10)는 도 4에 도시한 바와 같은 회로 구성을 갖는다. 즉, 보호 소자(10)는 발열체 인출 전극(16)을 개재하여 직렬 접속된 가용 도체(13)와, 가용 도체(13)의 접속점을 통해 통전하여 발열함으로써 가용 도체(13)를 용융하는 제1 발열 저항체(14)와, 제1 발열 저항체(14)와 발열체 전극(18(A1)) 및 도통 전극(22)을 통해 통전하여 발열함으로써 가용 도체(13)를 용융하는 제2 발열 저항체(25)를 포함하는 회로 구성이다. 또한, 보호 소자(10)에서는, 예를 들어 가용 도체(13)가 충방전 전류 경로 상에 직렬 접속되고, 제1, 제2 발열 저항체(14, 25)가 전류 제어 소자(37)와 접속된다. 보호 소자(10)의 2개의 전극(12) 중 한쪽은 A1에 접속되고, 다른 쪽은 A2에 접속된다. 또한, 발열체 인출 전극(16)과 이것에 접속된 발열체 전극(18)은 P1에 접속되고, 다른 쪽의 발열체 전극(18)은 P2에 접속된다.

이러한 회로 구성을 포함하는 보호 소자(10)는, 배터리 셀(31 내지 34) 중 어느 하나 또는 복수에 전압 이상 등이 검지되면, 전류 제어 소자(37)에 의해 제2 발열 저항체(25) 및 제1 발열 저항체(14)가 발열된다. 이에 의해, 보호 소자(10)는 제1, 제2 발열 저항체(14, 25)에 의해 가용 도체(13)를 가열한다. 따라서, 보호 소자(10)에 따르면, 전류 경로 상의 가용 도체(13)의 정격을 향상시키기 위해 단면적을 두껍게 한 경우에도 빠르고, 확실하게 용단할 수 있다.

또한, 보호 소자(10)는 발열체 인출 전극(16)과 대향하여 커버부 전극(26)이 형성되어 있기 때문에, 도 5에 도시하는 발열체 인출 전극(16)만으로 용융 도체를 유지하는 경우에 비하여, 도 6에 도시한 바와 같이, 용융 도체를 유지하는 허용량을 비약적으로 향상시킬 수 있다. 이 커버부 전극(26)은 천장면부(21)에 설치된 제2 발열 저항체(25)에 의해 가열되고 있기 때문에, 가용 도체(13)의 습윤성을 저해하지 않고, 충분히 번지게 하여, 허용량을 증대시킬 수 있다.

또한, 본 발명의 보호 소자는 리튬 이온 이차 전지의 배터리 팩에 사용하는 경우에 한정되지 않고, 전기 신호에 의한 전류 경로의 차단을 필요로 하는 다양한 용도에도 물론 응용 가능하다. 또한, 전류 제어 소자(37)에 의한 보호 소자(10)의 작동 조건은 배터리 셀(31 내지 34)의 전압 이상의 경우에 한정되지 않고, 예를 들어 주위의 온도의 이상적인 상승이나, 수몰 등, 모든 액시던트를 검지함으로써 작동시킬 수 있다.

[변형예 1]

계속해서, 본 발명이 적용된 보호 소자의 변형예에 대하여 설명한다. 또한, 이하에 설명하는 보호 소자에 있어서, 상기 보호 소자(10)와 동일한 부재에 대해서는 동일한 부호를 붙여 그의 상세를 생략한다.

도 7에 나타내는 보호 소자(50)는 제1 발열 저항체(14)와 제2 발열 저항체(25)가 병렬로 접속된 것이다. 도 7, 도 8에 도시한 바와 같이, 보호 소자(50)는 제1, 제2 발열 저항체(14, 25)가 발열체 전극(18(P1), 18(P2))의 양쪽과 접속되어 있다. 또한, 보호 소자(50)는 발열체 인출 전극(16)과 접속되어 있는 발열체 전극(18)이 P1에 접속되고, 다른 쪽의 발열체 전극(18)이 P2에 접속되어 있다. 그 밖의 구성은 보호 소자(10)와 같다.

이러한 회로 구성을 포함하는 보호 소자(50)는 배터리 셀(31 내지 34) 중 어느 하나 또는 복수에 전압 이상 등이 검지되면, 전류 제어 소자(37)에 의해 제1 발열 저항체(14) 및 제2 발열 저항체(25)가 발열된다. 이에 의해, 보호 소자(10)는 제1, 제2 발열 저항체(14, 25)에 의해 가용 도체(13)를 가열한다. 따라서, 보호 소자(10)에 따르면, 전류 경로 상의 가용 도체(13)의 정격을 향상시키기 위해 단면적을 두껍게 한 경우에도 빠르고, 확실하게 용단할 수 있다. 또한, 보호 소자(50)에 있어서도, 커버 부재(19)의 천장면부(21)에, 발열체 인출 전극(16)과 대향하는 커버부 전극(26)을 설치함으로써, 용융 도체를 유지하는 허용량을 증대시킬 수 있다.

또한, 보호 소자(50)는 제1, 제2 발열 저항체(14, 25)를 병렬로 접속하고 있기 때문에, 정전기의 영향 등으로 한쪽 발열 저항체가 망가진 경우에도, 다른 쪽 발열 저항체를 발열시켜, 가용 도체(13)를 용단할 수 있다.

[변형예 2]

또한, 본 발명이 적용된 보호 소자는 이하와 같이 구성할 수 있다. 도 9에 나타내는 보호 소자(60)는 제1 발열 저항체(14)와 제2 발열 저항체(25)를 따로 따로의 전류 경로에 접속시킨 것이다. 도 9, 도 10에 도시한 바와 같이, 보호 소자(60)에 있어서, 제1 발열 저항체(14)는 발열체 인출 전극(16)을 통해 P1과 접속되고, 발열체 전극(61)을 통해 P2와 접속되어 있다. 또한, 제2 발열 저항체(25)는 한 쌍의 발열체 전극(62, 62)에 접속되고, 이들 한 쌍의 발열체 전극(62, 62)은 제1 발열 저항체(14)와는 별개의 전류 경로 상에 접속되어 있다. 그 밖의 구성은 보호 소자(10)와 같다.

이와 같이 보호 소자(60)는 제1 발열 저항체(14)와 제2 발열 저항체(25)를 따로 따로의 전류 경로 상에 형성하고 있기 때문에, 예를 들어 제1 발열 저항체(14)를 배터리 셀(31 내지 34)이 접속된 라인에 설치하고, 제2 발열 저항체(25)를 IC나 마이크로컴퓨터가 접속된 라인에 설치함으로써, 상호의 절연성을 향상시킬 수 있고, 소자 전체의 안정성을 향상시킬 수 있다.

[변형예 3]

또한, 본 발명이 적용된 보호 소자는 이하와 같이 구성할 수 있다. 도 11에 도시하는 보호 소자(70)는 제2 발열 저항체(25)를 천장면부(21)의 내부에 설치하는 것이 아니라, 발열체 인출 전극(16)과 대향하는 내면(21a)에 설치하고, 커버부 전극(26)의 기능을 겸용시킨 것이다. 그 밖의 구성은 보호 소자(50)와 같다.

천장면부(21)의 내면(21a)에 설치된 제2 발열 저항체(25)는 커버 부재(19)측으로부터 가용 도체(13)를 가열함과 함께, 커버부 전극(26)과 마찬가지로, 용융 도체를 유지하여, 허용량을 증대시킬 수 있다.

보호 소자(70)는 제2 발열 저항체(25)를 천장면부(21)의 내면(21a)에 설치함으로써, 제2 발열 저항체(25)의 형성 공정을 간략화시킴과 함께, 천장면부(21)의 박형화를 도모하여, 소자의 두께를 줄일 수 있다. 또한, 제2 발열 저항체(25)는 도 11에 도시한 바와 같이, 제1 발열 저항체(14)와 병렬로 접속되어 있을 수도 있고, 도 2에 도시한 바와 같이, 제1 발열 저항체(14)와 직렬로 접속되어 있을 수도 있다.

[변형예 4]

또한, 본 발명이 적용된 보호 소자는 이하와 같이 구성할 수 있다. 도 12에 도시하는 보호 소자(80)는 제2 발열 저항체(25)를 천장면부(21)의 상면(21b)에 설치한 것이다. 그 밖의 구성은 보호 소자(50)와 같다.

보호 소자(80)에 의해서도 천장면부(21)의 적층 구조가 간략화되어, 제2 발열 저항체(25)를 간이한 구성으로 형성할 수 있고, 또한 천장면부(21)의 박형화를 도모하여, 소자의 두께를 줄일 수 있다. 또한, 보호 소자(80)는 제2 발열 저항체(25)가 제1 발열 저항체(14)와 병렬로 접속되어 있을 수도 있고(도 13), 또는 제1 발열 저항체(14)와 직렬로 접속되어 있을 수도 있다. 또한, 보호 소자(80)는 천장면부(21)의 내면(21a)에 커버부 전극(26)을 설치하는 것이 바람직하다.

[변형예 5]

또한, 본 발명이 적용된 보호 소자는 이하와 같이 구성할 수 있다. 도 13에 도시하는 보호 소자(90)는 제2 발열 저항체(25)와, 제2 발열 저항체(25)가 형성된 베이스 기판(91)과, 제2 발열 저항체(25)에 전기적으로 접속됨과 함께 제1 발열 저항체(14)와 접속된 한 쌍의 발열체 전극(18(P1), 18(P2)) 상에 접속된 도통 전극(22)을 갖는 발열체 모듈(92)을 갖고, 이 발열체 모듈(92)이 절연 기판(11) 상에 탑재되어 있는 것이다.

베이스 기판(91)은 상기 절연 기판(11)과 마찬가지로, 예를 들어 세라믹스나 유리 에폭시 기판 등의 절연성을 갖는 부재를 사용하여 형성되어 있다. 베이스 기판(91)은 제2 발열 저항체(25)가 내장되어 있지만, 내면(91a)이나 상면(91b)에 설치할 수도 있다. 도통 전극(22)은 베이스 기판(91)의 양측에 세워 설치되어, 발열체 모듈(92)의 측벽을 이룬다. 또한, 도통 전극(22)은 제2 발열 저항체(25)와 전기적으로 접속되고, 절연 기판(11) 상에 설치된 발열체 전극(18(P1), 18(P2)) 상에 접속됨으로써, 제2 발열 저항체(25)를 통전, 발열시킨다.

이 발열체 모듈(92)은 미리 베이스 기판(91)에 제2 발열 저항체(25)가 설치됨과 함께 한 쌍의 도통 전극(22)이 접속된다. 그리고, 발열체 모듈(92)은 도통 전극(22)의 기단부를, 절연 기판(11) 상에 형성된 발열체 전극(18(P1), 18(P2)) 상에 접속시킨다. 그 후, 보호 소자(90)는 발열체 모듈(92)을 덮도록 커버 부재(19)를 더 설치한다.

이와 같이, 보호 소자(90)는 커버 부재(19)와, 제2 발열 저항체(25)를 갖는 발열체 모듈(92)을 설치하고 있다. 따라서, 보호 소자(90)는 커버 부재(19)에 의해 발열체 모듈(92)을 보호하고 있기 때문에, 베이스 기판(91)이나 도통 전극(22)이 강도 부족이더라도 문제 없다. 또한, 보호 소자(90)는 커버 부재(19)에 의해 발열체 모듈(92)을 덮기 때문에, 발열체 모듈(92)에 대한 외부로부터의 영향을 방지할 수 있다.

또한, 보호 소자(90)는 미리 모듈화된 발열체 모듈(92)을 절연 기판(11) 상에 도전성의 접착제 등에 의해 접속하는 것만으로 탑재할 수 있어, 제조 공정의 간략화를 도모할 수 있다.

[변형예 6]

또한, 본 발명이 적용된 보호 소자는 이하와 같이 구성할 수 있다. 도 14에 도시하는 보호 소자(100)는 발열체 모듈(92)이 커버 부재(19)의 내면에 접속됨으로써, 상기 커버 부재(19)와 일체로 설치된 것이다. 발열체 모듈(92)을 커버 부재(19)와 일체로 형성함으로써, 보호 소자(100)는 발열체 모듈(92)의 실장과 커버 부재(19)의 설치가 동시에 완료하여, 제조 공정의 성력화를 도모할 수 있다. 또한, 보호 소자(100)는 발열체 모듈(92)과 커버 부재(19)와의 취급을 용이하게 할 수 있다.

[변형예 7]

또한, 본 발명이 적용된 보호 소자는 이하와 같이 구성할 수 있다. 도 15에 도시하는 보호 소자(110)는 제2 발열 저항체(111)와, 제2 발열 저항체(111)가 형성된 베이스 기판(112)과, 접속 배선(113)을 개재하여 커버 부재(120)와 접속되는 배선 전극(114)을 갖는 발열체 모듈(115)을 갖는다. 또한, 커버 부재(120)는 측벽(121)으로부터 천장면부(122)에 걸쳐, 한 쌍의 발열체 전극(18(P1), 18(P2))에 접속되는 도전층(123)을 갖는다.

그리고, 커버 부재(120)는 천장면부(122)에 형성된 도전층(123)이 접속 배선(113)을 통해, 발열체 모듈(115)의 배선 전극(114)과 접속됨과 함께, 측벽(121)의 단부면에 면해진 도전층(123)이, 절연 기판(11) 상의 제1 발열 저항체(14)와 접속된 한 쌍의 발열체 전극(18(P1), 18(P2))과 접속된다. 접속 배선(113)과 배선 전극(114)이나 천장면부(122)에 형성된 도전층(123)과의 접속은 땜납 페이스트나 도전성 접착 페이스트 등의 도전성을 갖는 접착제(117)에 의해 행한다.

보호 소자(110)에 있어서도, 미리 접속 배선(113)을 통해 발열체 모듈(114)을 커버 부재(120)에 접속시켜 둠으로써, 발열체 모듈(114)의 실장과 커버 부재(120)의 설치가 동시에 완료하여, 제조 공정의 성력화를 도모할 수 있다. 또한, 보호 소자(110)는 발열체 모듈(114)과 커버 부재(120)와의 취급을 용이하게 할 수 있다.

또한, 발열체 모듈(115)은 발열체 인출 전극(16)과 대향하는 위치에 모듈 전극(116)을 형성하는 것이 바람직하다. 모듈 전극(116)은 상술한 커버부 전극(26)과 마찬가지로, 제2 발열 저항체(111)에 의해 가열되어, 가용 도체(13)를 가열함과 함께, 용융 도체를 유지하는 허용량을 증대시킬 수 있다.

1, 50, 60, 70, 80, 90, 100, 110: 보호 소자
11: 절연 기판
12: 전극
13: 가용 도체
14: 제1 발열 저항체
15: 절연 부재
16: 발열체 인출 전극
17: 플럭스
18: 발열체 전극
19, 120: 커버 부재
20, 121: 측벽
21, 122: 천장면부
22: 도통 전극
23: 접착제
25: 제2 발열 저항체
26: 커버부 전극
30: 배터리 팩
31, 32, 33, 34: 배터리 셀
35: 배터리 스택
36: 검출 회로
37: 전류 제어 소자
40: 충방전 제어 회로
41, 42: 전류 제어 소자
43: 제어부
45: 충전 장치
91: 베이스 기판
113: 접속 배선
123: 도전층

Claims

절연 기판과,
상기 절연 기판에 적층된 제1 발열체와,
적어도 상기 제1 발열체를 덮도록 상기 절연 기판에 적층된 절연 부재와,
상기 절연 부재가 적층된 상기 절연 기판에 적층된 제1 및 제2 전극과,
상기 제1 발열체와 중첩하도록 상기 절연 부재 상에 적층되고, 상기 제1 및 제2 전극 사이의 전류 경로 상에서 당해 제1 발열체에 전기적으로 접속된 발열체 인출 전극과,
상기 발열체 인출 전극으로부터 상기 제1 및 제2 전극에 걸쳐 적층되고, 열에 의해 당해 제1 전극과 당해 제2 전극 사이의 전류 경로를 용단하는 가용 도체와,
상기 절연 기판 상을 덮는 커버 부재를 구비하고,
상기 가용 도체의 위쪽에는 제2 발열체가 설치되어 있는 보호 소자.
제1항에 있어서, 상기 제2 발열체는 상기 커버 부재의 천장면부에 설치되어 있는 보호 소자.
제2항에 있어서, 상기 커버 부재의 상기 가용 도체와 대향하는 상기 천장면부의 내면에 전극이 설치되어 있는 보호 소자.
제1항에 있어서, 상기 제2 발열체는 상기 제1 발열체와 병렬로 접속되어 있는 보호 소자.
제1항에 있어서, 상기 제2 발열체는 상기 제1 발열체의 전류 경로와 전기적으로 독립한 전류 경로 상에 설치되어 있는 보호 소자.
제2항에 있어서, 상기 제2 발열체는 상기 커버 부재의 상기 가용 도체와 대향하는 상기 천장면부의 내면에 설치되어 있는 보호 소자.
제3항에 있어서, 상기 제2 발열체는 상기 커버 부재의 상기 내면의 반대측인 외면에 설치되어 있는 보호 소자.
제1항에 있어서, 상기 제2 발열체와,
상기 제2 발열체가 형성된 베이스 기판과,
상기 제2 발열체에 전기적으로 접속됨과 함께, 상기 제1 발열체와 접속된 한 쌍의 발열체 전극 상에 접속된 도통 전극을 갖는 발열체 모듈을 갖고,
상기 발열체 모듈이 상기 절연 기판 상에 탑재되어 있는 보호 소자.
제8항에 있어서, 상기 발열체 모듈이 상기 커버 부재의 천장면부의 내면에 접속되어, 당해 커버 부재와 일체화되어 있는 보호 소자.
제9항에 있어서, 상기 발열체 모듈은 접속 배선을 통해 상기 커버 부재의 천장면부의 내면에 접속되어 당해 커버 부재와 일체화되고,
상기 제2 발열체는 상기 커버 부재에 설치된 도전층을 통해 상기 제1 및 제2 전극과 접속되어 있는 보호 소자.