KR102391555B1 - Protective element and battery pack - Google Patents

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데쿠세리아루즈 가부시키가이샤
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Abstract

보호 소자는, 제 1 외부 전극과, 제 2 외부 전극과, 제 1 외부 전극과 제 2 외부 전극의 사이에 배치 형성된 절연 기판과, 절연 기판의 표면에 배치 형성된 표면 전극과, 제 1 외부 전극 및 제 2 외부 전극의 각각에 전기적으로 접속됨과 함께 절연 기판의 표면 상에 있어서 표면 전극에 의해서만 지지된 가용 도체를 구비한다.The protection element includes a first external electrode, a second external electrode, an insulating substrate disposed between the first external electrode and the second external electrode, a surface electrode disposed on the surface of the insulating substrate, a first external electrode, and A soluble conductor electrically connected to each of the second external electrodes and supported only by the surface electrodes on the surface of the insulating substrate is provided.

Figure R1020167030566
Figure R1020167030566

Description

보호 소자 및 배터리 팩{PROTECTIVE ELEMENT AND BATTERY PACK}PROTECTIVE ELEMENT AND BATTERY PACK

본 발명은, 전류 경로를 차단함으로써, 그 전류 경로에 접속된 회로를 보호하는 보호 소자 및 그 보호 소자를 사용한 배터리 팩에 관한 것이다.The present invention relates to a protection element for protecting a circuit connected to the current path by blocking the current path, and a battery pack using the protection element.

충전 가능하기 때문에 반복해서 이용할 수 있는 2 차 전지의 대부분은, 배터리 팩으로 가공된 상태로 사용자에게 제공된다. 특히, 중량 에너지 밀도가 높은 리튬 이온 2 차 전지를 사용하는 경우에는, 사용자 및 전자 기기의 안전을 확보하기 위해서, 일반적으로, 과충전 보호 및 과방전 보호 등의 관점에서, 몇 개의 보호 회로가 배터리 팩에 내장되어 있다. 이 때문에, 배터리 팩은, 소정의 경우에 출력을 차단하는 기능을 갖고 있다.Most of the secondary batteries that can be repeatedly used because they are rechargeable are provided to the user in a state of being processed into a battery pack. In particular, when a lithium ion secondary battery having a high weight energy density is used, in order to ensure the safety of users and electronic devices, in general, several protection circuits are provided in the battery pack from the viewpoint of overcharge protection and overdischarge protection. is built into For this reason, the battery pack has a function of shutting off the output in a predetermined case.

리튬 이온 2 차 전지가 사용된 대부분의 전자 장치는, 배터리 팩에 내장된 FET 스위치를 사용하여 출력의 ON/OFF 를 실시함으로써, 그 배터리 팩의 과충전 보호 또는 과방전 보호에 관한 동작을 실시한다. 그러나, 어떠한 원인으로 FET 스위치가 단락 파괴된 경우나, 뇌 서지 등이 인가되었기 때문에, 순간적으로 대전류가 흐른 경우나, 배터리 셀의 수명에 기인하여 출력 전압이 이상하게 저하되거나, 반대로 과대 이상 전압이 출력된 경우이더라도, 배터리 팩 및 전자 기기는 발화 등의 사고로부터 보호되지 않으면 안 된다. 그래서, 이와 같은 상정할 수 있는 어떠한 이상 상태에 있어서도, 배터리 셀의 출력을 안전하게 차단하기 위해서, 외부로부터의 신호에 따라 전류 경로를 차단하는 기능을 갖는 퓨즈 소자로 이루어지는 보호 소자가 사용된다.Most electronic devices using a lithium ion secondary battery perform an operation related to overcharge protection or overdischarge protection of the battery pack by turning on/off the output using a FET switch built into the battery pack. However, when the FET switch is short-circuited or destroyed for some reason or a lightning surge is applied, when a large current flows instantaneously, the output voltage is abnormally lowered due to the life of the battery cell, or, conversely, an excessive abnormal voltage is output Even in this case, the battery pack and electronic device must be protected from accidents such as fire. Therefore, in any conceivable abnormal state, in order to safely cut off the output of the battery cell, a protection element composed of a fuse element having a function of blocking a current path according to an external signal is used.

이와 같은 리튬 이온 2 차 전지 등을 위한 보호 회로에 탑재되는 보호 소자로서, 특허문헌 1 에 기재되어 있는 바와 같이, 발열체를 구비한 보호 소자가 사용되고 있다. 이 보호 소자에서는, 발열체의 발열을 이용하여, 전류 경로에 도입된 가용 도체가 용단 (溶斷) 된다.As a protection element mounted in the protection circuit for such a lithium ion secondary battery etc., the protection element provided with a heating element is used as it describes in patent document 1. In this protection element, the soluble conductor introduce|transduced into a current path|route is melt-cut using the heat_generation|fever of a heat generating body.

일본 공개특허공보 2010-3665호Japanese Patent Laid-Open No. 2010-3665

그런데, 휴대 전화 및 노트북 컴퓨터와 같은 전류 용량이 비교적 낮은 용도에 보호 소자를 사용하기 위해서, 가용 도체 (퓨즈) 는, 최대 15 A 정도의 전류 용량을 갖고 있다. 리튬 이온 2 차 전지의 용도는 최근 확대되고 있기 때문에, 보다 대전류의 용도에 리튬 이온 2 차 전지의 채용이 검토되고 있으며, 일부 용도에서는, 이미 리튬 이온 2 차 전지의 채용이 개시되어 있다. 이 대전류의 용도는, 예를 들어, 전동 드라이버 등의 전동 공구나, 하이브리드 카, 전기 자동차, 전동 어시스트 자전거 등의 수송 기기이다. 이들 대전류의 용도에서는, 특히, 기동시 등에 있어서, 수십 A ∼ 100 A 를 초과하는 대전류가 흐르는 경우가 있다. 이와 같은 대전류 용량에 대응한 보호 소자의 실현이 요망되고 있다.By the way, in order to use a protection element for the use with comparatively low electric current capacity, such as a cellular phone and a notebook computer, a soluble conductor (fuse) has a current capacity of about 15 A at most. Since the use of a lithium ion secondary battery is expanding in recent years, adoption of a lithium ion secondary battery for the use of a larger current is examined, and adoption of a lithium ion secondary battery has already been disclosed for some uses. The use of this large current is, for example, electric tools, such as an electric screwdriver, and transport apparatuses, such as a hybrid car, an electric vehicle, and an electric assist bicycle. In the use of these large currents, a large current exceeding several tens of A to 100 A may flow, especially at the time of starting or the like. Realization of a protection element corresponding to such a large current capacity is desired.

따라서, 대전류에 대응하기 위해서 대형의 가용 도체를 사용한 경우에도, 용단 후에 있어서의 절연 저항을 확보함과 함께 가용 도체의 변형도 억제할 수 있는 보호 소자 및 배터리 팩을 제공하는 것이 요망되고 있다.Therefore, even when a large-sized soluble conductor is used in order to respond to a large current, while ensuring the insulation resistance after fusion cutting, it is desired to provide the protection element and battery pack which can also suppress the deformation|transformation of a soluble conductor.

본 발명의 일 실시형태에 있어서의 보호 소자는, 제 1 외부 전극과, 제 2 외부 전극과, 그 제 1 외부 전극과 제 2 외부 전극의 사이에 배치 형성된 절연 기판과, 그 절연 기판의 표면에 배치 형성된 표면 전극과, 제 1 외부 전극 및 제 2 외부 전극의 각각에 전기적으로 접속됨과 함께 절연 기판의 표면 상에 있어서 표면 전극에 의해서만 지지된 가용 도체를 구비한 것이다.A protection element according to an embodiment of the present invention includes a first external electrode, a second external electrode, an insulating substrate disposed between the first external electrode and the second external electrode, and a surface of the insulating substrate. It is equipped with the surface electrode arrange|positioned, and the soluble conductor electrically connected to each of a 1st external electrode and a 2nd external electrode, and supported only by the surface electrode on the surface of an insulating substrate.

또, 본 발명의 일 실시형태에 있어서의 배터리 팩은, 1 개 이상의 배터리 셀과, 그 1 개 이상의 배터리 셀에 흐르는 전류를 차단 가능해지도록, 그 1 개 이상의 배터리 셀에 접속된 보호 소자와, 그 1 개 이상의 배터리 셀의 각각의 전압값을 검출함과 함께 보호 소자를 가열하기 위한 전류를 제어하는 전류 제어 소자를 구비한 것이다. 이 보호 소자는, 제 1 외부 전극과, 제 2 외부 전극과, 그 제 1 외부 전극과 제 2 외부 전극의 사이에 배치 형성된 절연 기판과, 그 절연 기판의 표면에 배치 형성된 표면 전극과 제 1 외부 전극 및 제 2 외부 전극의 각각에 전기적으로 접속됨과 함께 절연 기판의 표면 상에 있어서 표면 전극에 의해서만 지지된 가용 도체를 구비한다.Moreover, the battery pack in one Embodiment of this invention includes one or more battery cells, the protection element connected to the one or more battery cells so that the electric current which flows through the one or more battery cells may be interrupted|blocked, and the A current control element is provided that detects each voltage value of one or more battery cells and controls a current for heating the protection element. The protection element includes a first external electrode, a second external electrode, an insulating substrate disposed between the first external electrode and the second external electrode, a surface electrode disposed on the surface of the insulating substrate, and a first external device. A soluble conductor supported only by the surface electrode on the surface of the insulating substrate while being electrically connected to each of the electrode and the second external electrode is provided.

본 발명의 일 실시형태에 있어서의 보호 소자 및 배터리 팩에 의하면, 가용 도체가 절연 기판의 표면 상에 있어서 표면 전극에 의해서만 지지되고 있다. 이 경우에는, 표면 전극의 치수 및 배치의 설계에 관한 자유도가 높아지기 때문에, 제 1 외부 전극과 제 2 외부 전극 사이의 거리가 용이하게 조정된다. 따라서, 표면 전극과 제 1 외부 전극의 거리를 충분히 확보함으로써, 용융 도체가 절연 기판의 표면을 타고 제 1 외부 전극과 접속되기 어려워지기 때문에, 높은 절연 저항을 유지할 수 있다. 또, 표면 전극과 제 2 외부 전극의 거리를 충분히 확보함으로써, 용융 도체가 절연 기판의 표면을 타고 제 2 외부 전극과 접속되기 어려워지기 때문에, 높은 절연 저항을 유지할 수 있다.According to the protection element and battery pack in one Embodiment of this invention, a soluble conductor is supported only by the surface electrode on the surface of an insulating substrate. In this case, the distance between the first external electrode and the second external electrode is easily adjusted because the degree of freedom regarding the design of the dimensions and arrangement of the surface electrodes is increased. Therefore, by ensuring a sufficient distance between the surface electrode and the first external electrode, it becomes difficult for the molten conductor to travel on the surface of the insulating substrate and connect with the first external electrode, so that a high insulation resistance can be maintained. In addition, by ensuring a sufficient distance between the surface electrode and the second external electrode, it becomes difficult for the molten conductor to travel on the surface of the insulating substrate and connect to the second external electrode, so that a high insulation resistance can be maintained.

도 1 은, 본 발명의 일 실시형태의 보호 소자를 나타내는 단면도이다.
도 2 는, 본 발명의 일 실시형태의 보호 소자를 나타내는 단면도이며, 가용 도체의 용단 후 상태를 나타내고 있다.
도 3 은, 절연 기판의 표면에 발열체가 형성된 보호 소자를 나타내는 단면도이다.
도 4 는, 절연 기판의 이면에 발열체가 형성된 보호 소자를 나타내는 단면도이다.
도 5 는, 절연 기판의 내부에 발열체가 형성된 보호 소자를 나타내는 단면도이다.
도 6 은, 본 발명의 일 실시형태의 보호 소자가 적용된 배터리 팩의 회로 구성의 일례를 나타내는 도면이다.
도 7 은, 본 발명의 일 실시형태에 있어서의 보호 소자의 회로도이다.
도 8 은, 절연 기판에 흡인공이 형성된 보호 소자를 나타내는 단면도이다.
도 9 는, 절연 기판에 흡인공이 형성된 보호 소자를 나타내는 평면도이다.
도 10 은, 절연 기판에 흡인공이 형성된 보호 소자를 나타내는 단면도이며, 가용 도체의 용단 후 상태를 나타내고 있다.
도 11 은, 비교예의 보호 소자를 나타내는 단면도이다.
BRIEF DESCRIPTION OF THE DRAWINGS It is sectional drawing which shows the protection element of one Embodiment of this invention.
It is sectional drawing which shows the protection element of one Embodiment of this invention, and has shown the state after melting of a soluble conductor.
3 : is sectional drawing which shows the protection element in which the heat generating body was formed in the surface of an insulated substrate.
4 : is sectional drawing which shows the protection element in which the heat generating body was formed in the back surface of an insulated substrate.
5 : is sectional drawing which shows the protection element in which the heat generating body was formed inside the insulated substrate.
It is a figure which shows an example of the circuit structure of the battery pack to which the protection element of one Embodiment of this invention was applied.
7 : is a circuit diagram of the protection element in one Embodiment of this invention.
8 : is sectional drawing which shows the protection element in which the suction hole was formed in the insulated substrate.
It is a top view which shows the protection element in which the suction hole was formed in the insulated substrate.
It is sectional drawing which shows the protection element in which the suction hole was formed in the insulating substrate, and has shown the state after melting of a soluble conductor.
11 : is sectional drawing which shows the protection element of a comparative example.

이하, 본 발명이 적용된 일 실시형태의 보호 소자 및 그 보호 소자를 사용한 배터리 팩에 대해, 도면을 참조하면서 상세하게 설명한다. 또한, 본 발명은, 이하의 실시형태에만 한정되는 것이 아니라, 본 발명의 요지를 일탈하지 않는 범위 내에 있어서 여러가지 변경이 가능한 것은 물론이다. 또, 도면은, 모식적인 도면이기 때문에, 각 치수의 비율 등은, 현실의 비율 등과는 상이한 경우가 있다. 구체적인 치수 등에 대해서는, 이하의 설명을 참작하면서 판단되어야 할 것이다. 또, 도면 상호간에 있어서도 서로의 치수 및 비율이 상이한 경우가 있는 것은 물론이다.EMBODIMENT OF THE INVENTION Hereinafter, the protection element of one Embodiment to which this invention was applied, and the battery pack using the protection element are demonstrated in detail, referring drawings. In addition, this invention is not limited only to the following embodiment, It goes without saying that various changes are possible within the range which does not deviate from the summary of this invention. In addition, since a drawing is a schematic drawing, the ratio of each dimension, etc. may differ from the actual ratio etc. in some cases. Specific dimensions and the like should be judged in consideration of the following description. Moreover, it goes without saying that there are cases where the dimensions and ratios of the drawings are also different from each other.

[보호 소자:응집 타입][protection element: aggregation type]

본 발명의 일 실시형태의 보호 소자 (1) 는, 도 1 에 나타내는 바와 같이, 제 1 외부 전극 (2) 과, 제 2 외부 전극 (3) 과, 제 1 외부 전극 (2) 과 제 2 외부 전극 (3) 사이에 배치 형성된 절연 기판 (4) 과, 절연 기판 (4) 의 표면 (4a) 에 배치 형성된 표면 전극 (5) 과, 제 1 외부 전극 (2) 에 전기적으로 접속됨과 함께 제 2 외부 전극 (3) 에 전기적으로 접속된 가용 도체 (6) 를 구비한다. 그리고, 보호 소자 (1) 에서는, 가용 도체 (6) 가, 절연 기판 (4) 의 표면 (4a) 상에 있어서, 표면 전극 (5) 에 의해서만 지지되고 있다.As shown in FIG. 1 , a protection element 1 according to an embodiment of the present invention includes a first external electrode 2 , a second external electrode 3 , a first external electrode 2 , and a second external electrode. An insulating substrate 4 disposed between the electrodes 3, a surface electrode 5 disposed and formed on a surface 4a of the insulating substrate 4, and electrically connected to the first external electrode 2 and the second A soluble conductor 6 electrically connected to the external electrode 3 is provided. And in the protection element 1, the soluble conductor 6 is supported only by the surface electrode 5 on the surface 4a of the insulated substrate 4.

보호 소자 (1) 에서는, 제 1 외부 전극 (2) 및 제 2 외부 전극 (3) 이 외부 회로의 접속 단자와 접속됨으로써, 그 외부 회로에 장착된다. 또, 가용 도체 (6) 가 외부 회로의 전류 경로의 일부를 구성하고 있기 때문에, 정격을 초과하는 과전류에 따라 가용 도체 (6) 가 용단됨으로써, 그 전류 경로가 차단된다 (도 2).In the protection element 1, the first external electrode 2 and the second external electrode 3 are connected to the connection terminals of the external circuit, and thereby are attached to the external circuit. Moreover, since the soluble conductor 6 comprises a part of the current path of an external circuit, the current path is interrupted|blocked by the soluble conductor 6 being fused by overcurrent exceeding a rating (FIG. 2).

제 1 외부 전극 (2) 및 제 2 외부 전극 (3) 은, 보호 소자 (1) 를 외부 회로에 접속시키기 위한 접속 단자이다. 제 1 외부 전극 (2) 및 제 2 외부 전극 (3) 의 각각은, 보호 소자 (1) 의 내부에 있어서, 땜납 등의 접속 재료 (7) 를 통해서 가용 도체 (6) 와 접속되어 있기 때문에, 그 가용 도체 (6) 를 통해서 전기적으로 접속되어 있다. 제 1 외부 전극 (2) 및 제 2 외부 전극 (3) 은, 외부 케이싱 (10) 에 의해 지지되고 있음과 함께, 그 외부 케이싱 (10) 의 내부에서 외부로 도출되어 있다. 또한, 제 1 외부 전극 (2) 및 제 2 외부 전극 (3) 은, 절연 기판 (4) 에 근접된 절연 소재 상에 배치 형성되어도 된다. 이 절연 소재는, 예를 들어, 에폭시 수지 등을 포함한다.The first external electrode 2 and the second external electrode 3 are connection terminals for connecting the protection element 1 to an external circuit. Since each of the first external electrode 2 and the second external electrode 3 is connected to the soluble conductor 6 inside the protection element 1 through a connection material 7 such as solder, It is electrically connected through the soluble conductor 6 . The first external electrode 2 and the second external electrode 3 are supported by the outer casing 10 , and are led out from the inside of the outer casing 10 . In addition, the first external electrode 2 and the second external electrode 3 may be disposed on an insulating material adjacent to the insulating substrate 4 . This insulating material contains an epoxy resin etc., for example.

보호 소자 (1) 에서는, 제 1 외부 전극 (2) 및 제 2 외부 전극 (3) 이 외부 케이싱 (10) 에 지지되고 있다. 또, 외부 케이싱 (10) 의 내부의 거의 중앙에 절연 기판 (4) 이 배치 형성됨으로써, 제 1 외부 전극 (2) 및 제 2 외부 전극 (3) 과 절연 기판 (4) 이 근접되어 있다.In the protection element 1 , the first external electrode 2 and the second external electrode 3 are supported by the external casing 10 . In addition, the insulating substrate 4 is arranged and formed in the substantially central portion of the outer casing 10 so that the first external electrode 2 and the second external electrode 3 and the insulating substrate 4 are adjacent to each other.

외부 케이싱 (10) 은, 예를 들어, PPS (폴리페닐렌술파이드:Polyphenylenesulfide) 등의 내열성이 우수한 엔지니어링 플라스틱 중 어느 1 종류 또는 2 종류 이상을 포함하고 있다. 또, 외부 케이싱 (10) 은, 소정의 형상이 되도록 성형될 때에, 인서트 성형 등을 이용하여, 제 1 외부 전극 (2) 및 제 2 외부 전극 (3) 과 일체가 되도록 성형되어도 된다.The outer casing 10 contains any one type or two or more types of engineering plastics excellent in heat resistance, such as PPS (Polyphenylenesulfide: Polyphenylenesulfide), for example. Further, when the outer casing 10 is molded to have a predetermined shape, it may be molded to be integral with the first external electrode 2 and the second external electrode 3 using insert molding or the like.

절연 기판 (4) 은, 예를 들어, 알루미나, 유리 세라믹스, 멀라이트 및 지르코니아 등의 절연성을 갖는 재료 중 어느 1 종류 또는 2 종류 이상을 포함하고 있다. 이 외에, 유리 에폭시 기판, 페놀 기판 등의 프린트 배선 기판에 이용되는 재료를 사용해도 되지만, 퓨즈 용단시의 온도에 유의할 필요가 있다.The insulating substrate 4 contains any one type or two or more types of materials which have insulating properties, such as alumina, glass ceramics, mullite, and a zirconia, for example. In addition, although the material used for printed wiring boards, such as a glass epoxy board|substrate and a phenol board|substrate, may be used, it is necessary to pay attention to the temperature at the time of fuse melting.

절연 기판 (4) 의 표면 (4a) 에는, 표면 전극 (5) 이 형성되어 있다. 표면 전극 (5) 은, 땜납 등의 접속 재료 (7) 를 통해서 가용 도체 (6) 와 접속되어 있고, 그 가용 도체 (6) 는, 땜납 등의 접속 재료 (7) 를 통해서 제 1 외부 전극 (2) 및 제 2 외부 전극 (3) 의 각각과 접속되어 있다. 표면 전극 (5) 은, 제 1 외부 전극 (2) 및 제 2 외부 전극 (3) 에 접속된 가용 도체 (6) 를 지지하는 지지 전극이다. 또, 표면 전극 (5) 은, 제 1 외부 전극 (2) 과 제 2 외부 전극 (3) 사이의 전류 경로를 차단한다. 이 경우에는, 가용 도체 (6) 가 과전류에 따른 자기 발열을 이용하여 용융하기 때문에, 그 가용 도체 (6) 의 용융물인 용융 도체 (6a) (후술하는 도 10) 가 응집한다.A surface electrode 5 is formed on the surface 4a of the insulating substrate 4 . The surface electrode 5 is connected to the soluble conductor 6 through a connection material 7 such as solder, and the soluble conductor 6 is connected to a first external electrode ( 2) and the second external electrode 3, respectively. The surface electrode 5 is a support electrode that supports the soluble conductor 6 connected to the first external electrode 2 and the second external electrode 3 . Further, the surface electrode 5 blocks the current path between the first external electrode 2 and the second external electrode 3 . In this case, since the soluble conductor 6 melts using the self-heating accompanying an overcurrent, the molten conductor 6a (FIG. 10 mentioned later) which is a melt of the soluble conductor 6 aggregates.

또한, 표면 전극 (5) 은, 가용 도체 (6) 의 용단 후에 있어서의 절연 저항을 유지하기 위해서, 제 1 외부 전극 (2) 및 제 2 외부 전극 (3) 의 각각으로부터 충분한 거리를 두도록 배치 형성되는 것이 바람직하다. 도 1 에 나타내는 바와 같이, 제 1 외부 전극 (2) 및 제 2 외부 전극 (3) 이 외부 케이싱 (10) 의 내부에 있어서 대향하고 있는 경우, 표면 전극 (5) 은, 절연 기판 (4) 의 표면 (4a) 의 대략 중앙부에 배치 형성된다. 이에 따라, 표면 전극 (5) 은, 제 1 외부 전극 (2) 및 제 2 외부 전극 (3) 의 각각으로부터 소정의 거리를 사이에 둔 상태에 있어서 용융 도체 (6a) 를 유지하기 때문에, 절연 기판 (4) 의 표면 (4a) 에 비산한 용융 도체 (6a) 에서 기인하는 단락의 리스크가 저감된다.In addition, in order to maintain the insulation resistance after melting of the soluble conductor 6, the surface electrode 5 is arrange|positioned so that a sufficient distance from each of the 1st external electrode 2 and the 2nd external electrode 3 may be kept. It is preferable to be As shown in FIG. 1 , when the first external electrode 2 and the second external electrode 3 face each other inside the outer casing 10 , the surface electrode 5 is the It is arrange|positioned and formed in the substantially central part of the surface 4a. Accordingly, the surface electrode 5 holds the molten conductor 6a in a state with a predetermined distance therebetween from each of the first external electrode 2 and the second external electrode 3, so that the insulating substrate The risk of a short circuit resulting from the molten conductor 6a scattered on the surface 4a of (4) is reduced.

또, 보호 소자 (1) 에서는, 절연 기판 (4) 의 표면 (4a) 에 사이드 전극이 배치 형성되어 있지 않고, 표면 전극 (5) 에 의해서만 가용 도체 (6) 가 지지되고 있기 때문에, 그 표면 전극 (5) 의 치수 및 배치 등에 관한 자유도가 높아짐과 함께, 가용 도체 (6) 의 용단 후에 있어서의 단락의 리스크를 고려한 설계의 자유도가 높아진다. 따라서, 보호 소자 (1) 에서는, 표면 전극 (5) 과 제 1 외부 전극 (2) 사이의 거리가 확보됨과 함께, 표면 전극 (5) 과 제 2 외부 전극 (3) 사이의 거리가 확보되기 때문에, 용융 도체 (6a) 가 절연 기판 (4) 의 표면 (4a) 을 타고 제 1 외부 전극 (2) 및 제 2 외부 전극 (3) 의 각각과 접속하는 것이 방지된다. 따라서, 높은 절연 저항이 유지된다.Moreover, in the protection element 1, since a side electrode is not arrange|positioned by the surface 4a of the insulated substrate 4, but the soluble conductor 6 is supported only by the surface electrode 5, the surface electrode While the degree of freedom regarding the dimension and arrangement|positioning of (5) becomes high, the degree of freedom of the design which considered the risk of the short circuit after melting of the soluble conductor 6 becomes high. Therefore, in the protection element 1, the distance between the surface electrode 5 and the first external electrode 2 is secured and the distance between the surface electrode 5 and the second external electrode 3 is secured. , the molten conductor 6a rides on the surface 4a of the insulating substrate 4 and is prevented from connecting with each of the first external electrode 2 and the second external electrode 3 . Accordingly, a high insulation resistance is maintained.

가용 도체 (6) 는, 과전류 상태에 있어서 용융한다. 이 가용 도체 (6) 는, 용단 가능한 도전성 재료 중 어느 1 종류 또는 2 종류 이상을 포함하고 있다. 이 도전성 재료는, 예를 들어, SnAgCu 계의 Pb 프리 땜납 외, BiPbSn 합금, BiPb 합금, BiSn 합금, SnPb 합금, PbIn 합금, ZnAl 합금, InSn 합금 및 PbAgSn 합금 등이다. 또한, 가용 도체 (6) 는, 고융점 금속 중 어느 1 종류 또는 2 종류 이상과, 저융점 금속 중 어느 1 종류 또는 2 종류 이상의 적층체여도 된다. 고융점 금속은, 예를 들어, Ag, Cu 및 그들의 1 종류 이상을 주성분으로 한 합금 등이다. 저융점 금속은, 예를 들어, 땜납, 및 Sn 을 주성분으로 한 Pb 프리 땜납 등이다.The soluble conductor 6 melts in an overcurrent state. This soluble conductor 6 contains any 1 type or 2 or more types among the electroconductive materials which can be cut by melting. Examples of the conductive material include SnAgCu-based Pb-free solder, BiPbSn alloy, BiPb alloy, BiSn alloy, SnPb alloy, PbIn alloy, ZnAl alloy, InSn alloy, and PbAgSn alloy. In addition, any one type or two or more types of high-melting-point metals, and any one type, or two or more types of laminated bodies of the low-melting-point metals may be sufficient as the soluble conductor 6 . The high-melting-point metal is, for example, Ag, Cu, or an alloy containing one or more of them as a main component. The low-melting-point metal is, for example, a solder, a Pb-free solder containing Sn as a main component, or the like.

이와 같은 가용 도체 (6) 는, 저융점 금속박에, 고융점 금속층을 도금 기술을 이용하여 성막함으로써 형성된다. 또, 가용 도체 (6) 는, 다른 주지의 적층 기술, 막 형성 기술을 이용하여 형성되어도 된다. 또한, 가용 도체 (6) 는, 고융점 금속층을 내층으로 하고, 저융점 금속층을 외층으로 해도 된다. 또, 가용 도체 (6) 는, 저융점 금속층과 고융점 금속층이 번갈아 적층된 4 층 이상의 다층 구조여도 된다. 이와 같이, 가용 도체 (6) 는, 다양한 구성이 되도록 형성 가능하다.Such a soluble conductor 6 is formed by forming a high-melting-point metal layer into a film on low-melting-point metal foil using a plating technique. Moreover, the soluble conductor 6 may be formed using another well-known lamination technique and film formation technique. In addition, the soluble conductor 6 makes a high-melting-point metal layer into an inner layer, and is good also considering a low-melting-point metal layer as an outer layer. Moreover, the multilayer structure of 4 or more layers in which the soluble conductor 6 was laminated|stacked alternately with the low-melting-point metal layer and the high-melting-point metal layer may be sufficient as it. Thus, the soluble conductor 6 can be formed so that it may become various structures.

또, 가용 도체 (6) 는, 소정의 정격 전류가 흐르고 있는 상태에서는 자기 발열하지 않기 때문에, 용단되지 않는다. 이에 반해, 가용 도체 (6) 는, 정격보다 높은 값의 전류가 흐르면 자기 발열하기 때문에, 용융한다. 이에 따라, 제 1 전극 (2) 과 제 2 전극 (3) 사이의 전류 경로가 차단된다. 이 때, 가용 도체 (6) 에서는, 용융한 저융점 금속이 고융점 금속을 침식하기 때문에, 그 고융점 금속이 용융 온도보다 낮은 온도에서 용융한다. 따라서, 가용 도체 (6) 는, 저융점 금속에 의한 고융점 금속의 침식 작용을 이용하여, 단시간에 용단된다.Moreover, since the soluble conductor 6 does not self-heat in the state in which a predetermined|prescribed rated current is flowing, it is not melted. On the other hand, since the soluble conductor 6 self-heats when the electric current of a value higher than a rating flows, it melts. Accordingly, the current path between the first electrode 2 and the second electrode 3 is blocked. At this time, in the soluble conductor 6, since the molten low-melting-point metal erodes a high-melting-point metal, the high-melting-point metal melts at temperature lower than a melting temperature. Therefore, the soluble conductor 6 is fused in a short time using the erosion action of the high-melting-point metal by a low-melting-point metal.

또, 가용 도체 (6) 에서는, 내층이 되는 저융점 금속에 외층이 되는 고융점 금속이 적층되어 있음으로써, 고융점 금속으로 이루어지는 칩 퓨즈 등보다도 용단 온도가 대폭 저감된다. 따라서, 가용 도체 (6) 에서는, 동일 사이즈의 칩 퓨즈 등에 비해, 단면적이 커짐과 함께, 전류 정격이 대폭 향상된다. 또, 동일한 전류 정격의 칩 퓨즈에 비해, 소형화, 박형화가 도모됨과 함께, 속용단성 (速溶斷性) 이 우수하다.Moreover, in the soluble conductor 6, when the high melting-point metal used as an outer layer is laminated|stacked on the low-melting-point metal used as an inner layer, fusing temperature is significantly reduced rather than the chip fuse etc. which consist of a high-melting-point metal. Therefore, in the soluble conductor 6, compared with the chip fuse of the same size, while a cross-sectional area becomes large, a current rating improves significantly. Moreover, compared with the chip fuse of the same current rating, while size reduction and thickness reduction are attained, it is excellent in rapid melting and breaking property.

또, 가용 도체 (6) 에서는, 보호 소자 (1) 가 장착된 전기 회로에 이상하게 높은 전압이 순간적으로 인가되는 현상, 소위 서지에 대한 내성 (내펄스성) 이 향상된다. 즉, 가용 도체 (6) 는, 예를 들어, 100 A 의 전류가 수 msec 흐른 경우에는, 용단되어서는 안된다. 이 점에 관해서, 극히 단시간에 흐르는 대전류는, 도체의 표층을 흐른다 (표피 효과). 가용 도체 (6) 가 외층으로서 저항값이 낮은 Ag 도금 등의 고융점 금속을 포함함으로써, 서지에 기인하여 인가된 전류가 흐르기 쉽기 때문에, 자기 발열에 기인한 가용 도체 (6) 의 용단이 방지된다. 따라서, 가용 도체 (6) 에서는, 저융점 금속이 고융점 금속에 의해 피복됨으로써, 땜납 합금으로 이루어지는 퓨즈에 비해, 대폭 서지에 대한 내성이 향상된다.Moreover, in the soluble conductor 6, the phenomenon to which an unusually high voltage is applied instantaneously to the electric circuit with which the protection element 1 was attached, tolerance (pulse resistance) with respect to what is called a surge improves. That is, the soluble conductor 6 must not be fused by melting, for example, when an electric current of 100 A flows for several msec. In this regard, a large current flowing in an extremely short time flows through the surface layer of the conductor (skin effect). When the soluble conductor 6 contains a high melting point metal such as Ag plating having a low resistance value as an outer layer, the current applied due to the surge flows easily, so that the melting of the soluble conductor 6 due to self-heating is prevented. . Therefore, in the soluble conductor 6, when a low-melting-point metal is coat|covered with high-melting-point metal, compared with the fuse which consists of a solder alloy, tolerance with respect to a surge improves significantly.

또한, 가용 도체 (6) 에는, 산화 방지 및 용단시의 젖음성의 향상 등을 위해서, 플럭스 (도시하지 않음) 가 도포되어 있다.Moreover, the flux (not shown) is apply|coated to the soluble conductor 6 for the improvement of the wettability at the time of oxidation prevention and fusion cutting, etc.

이와 같은 구성을 갖는 보호 소자 (1) 에서는, 가용 도체 (6) 가 절연 기판 (4) 상에 있어서 표면 전극 (5) 에 의해서만 지지되고 있다. 이 경우에는, 절연 기판 (4) 으로서, 내열 충격성이 우수함과 함께 열 전도성도 우수한 세라믹 기판을 사용한 경우 등에 있어서, 고온 환경 및 저온 환경에 보호 소자 (1) 가 반복해서 놓여진 경우에도, 가용 도체 (6) 의 열 팽창 계수와 절연 기판 (4) 의 열 팽창 계수의 차에서 기인하는 왜곡이 가용 도체 (6) 에 발생하기 어려워지기 때문에, 보호 소자 (1) 의 외형 및 치수가 안정화된다. 이에 따라, 보호 소자 (1) 에서는, 가용 도체 (6) 의 저항값이 안정화되기 때문에, 고 (高) 정격을 유지할 수 있다.In the protection element 1 which has such a structure, the soluble conductor 6 is supported only by the surface electrode 5 on the insulated substrate 4 . In this case, when a ceramic substrate excellent in thermal shock resistance and thermal conductivity is used as the insulating substrate 4, etc., even when the protection element 1 is repeatedly placed in a high-temperature environment and a low-temperature environment, the soluble conductor ( Since the distortion resulting from the difference of the thermal expansion coefficient of 6) and the thermal expansion coefficient of the insulating substrate 4 becomes difficult to generate|occur|produce in the soluble conductor 6, the external shape and dimension of the protection element 1 are stabilized. Thereby, in the protection element 1, since the resistance value of the soluble conductor 6 is stabilized, a high rating is maintainable.

[보호 소자의 동작][Operation of protection element]

또, 정격을 초과하는 과전류가 보호 소자 (1) 에 흐르면, 그 보호 소자 (1) 에서는, 도 2 에 나타내는 바와 같이, 가용 도체 (6) 가 자기 발열을 이용하여 용융한다. 이에 따라, 제 1 외부 전극 (2) 에 가까운 측 및 제 2 외부 전극 (3) 에 가까운 측 중 어느 일방에 있어서 가용 도체 (6) 가 용단되기 때문에, 외부 회로의 충방전 경로가 차단된다. 이 때, 보호 소자 (1) 에서는, 가용 도체 (6) 가 절연 기판 (4) 상에 있어서 표면 전극 (5) 에 의해서만 지지되고 있기 때문에, 표면 전극 (5) 의 치수 및 배치에 관한 설계의 자유도가 높아짐과 함께, 제 1 외부 전극 (2) 과 제 2 외부 전극 (3) 사이의 거리가 용이하게 조정된다. 따라서, 보호 소자 (1) 에서는, 표면 전극 (5) 과 제 1 외부 전극 (2) 사이의 거리가 확보됨과 함께, 표면 전극 (5) 과 제 2 외부 전극 (3) 사이의 거리가 확보되기 때문에, 용융 도체 (6a) 가 절연 기판 (4) 의 표면 (4a) 을 타고 제 1 외부 전극 (2) 및 제 2 외부 전극 (3) 과 접속되기 어려워진다. 따라서, 높은 절연 저항을 유지할 수 있다.Moreover, when the overcurrent exceeding a rating flows through the protection element 1, in the protection element 1, as shown in FIG. 2, the soluble conductor 6 melts using self-heating. As a result, the soluble conductor 6 is cut by melting in either one of the side close to the first external electrode 2 and the side close to the second external electrode 3 , so that the charging/discharging path of the external circuit is interrupted. At this time, in the protection element 1, since the soluble conductor 6 is supported only by the surface electrode 5 on the insulating substrate 4, the freedom degree of the design regarding the dimension and arrangement|positioning of the surface electrode 5. The distance between the first external electrode 2 and the second external electrode 3 is easily adjusted with increasing . Therefore, in the protection element 1, the distance between the surface electrode 5 and the first external electrode 2 is secured and the distance between the surface electrode 5 and the second external electrode 3 is secured. , it becomes difficult for the molten conductor 6a to ride on the surface 4a of the insulating substrate 4 and connect with the first external electrode 2 and the second external electrode 3 . Therefore, high insulation resistance can be maintained.

[외부 케이싱의 열 팽창 계수 및 가용 도체의 열 팽창 계수][Coefficient of thermal expansion of outer casing and coefficient of thermal expansion of fusible conductor]

또한, 보호 소자 (1) 에서는, 가용 도체 (6) 의 열 팽창 계수와 외부 케이싱 (10) 의 열 팽창 계수가 동일하거나 또는 근사하고 있는 것이 바람직하다. 예를 들어, 보호 소자 (1) 에서는, 가용 도체 (6) 로서, 표면이 Ag 도금된 땜납 박 (열 팽창 계수 = 22 ppm/℃) 을 사용함과 함께, 외부 케이싱 (10) 으로서 유리 섬유 함유 PPS 수지 (열 팽창 계수 = 20 ppm/℃) 를 사용한 경우, 가용 도체 (6) 의 열 팽창 계수와 외부 케이싱 (10) 의 열 팽창 계수가 근사한다. 이에 따라, 고온 환경 및 저온 환경에 보호 소자 (1) 가 반복해서 놓여진 경우에도, 표면 전극 (5) 과 제 1 외부 전극 (2) 사이에 왜곡이 축적되기 어려워짐과 함께, 표면 전극 (5) 과 제 2 외부 전극 (3) 사이에 왜곡이 축적되기 어려워진다. 또, 가용 도체 (6) 의 변형 등에 기인한 저항값의 변동이 억제된다. 따라서, 고정격을 유지할 수 있다.Moreover, in the protection element 1, it is preferable that the thermal expansion coefficient of the soluble conductor 6 and the thermal expansion coefficient of the outer casing 10 are the same or approximate. For example, in the protection element 1, as the soluble conductor 6, while using the solder foil (coefficient of thermal expansion = 22 ppm/degreeC) by which the surface was plated with Ag, glass fiber containing PPS as the outer casing 10 When resin (coefficient of thermal expansion = 20 ppm/degreeC) is used, the thermal expansion coefficient of the soluble conductor 6 and the thermal expansion coefficient of the outer casing 10 approximate. Accordingly, even when the protection element 1 is repeatedly placed in a high-temperature environment and a low-temperature environment, distortion is less likely to accumulate between the surface electrode 5 and the first external electrode 2, and the surface electrode 5 It becomes difficult for distortion to accumulate between and the second external electrode 3 . Moreover, the fluctuation|variation of the resistance value resulting from the deformation|transformation of the soluble conductor 6, etc. is suppressed. Therefore, the fixed rating can be maintained.

[발열체][Heating element]

또, 본 발명의 일 실시형태의 보호 소자에서는, 도 3 에 나타내는 바와 같이, 절연 기판 (4) 에, 가용 도체 (6) 를 용단시키기 위한 발열체 (11) 가 형성되어도 된다. 또한, 이하의 설명에서는, 상기 서술한 보호 소자 (1) 의 구성 요소와 동일한 구성 요소에 대해 동일한 부호를 붙임과 함께, 그 구성 요소에 관한 상세한 설명을 생략한다.Moreover, in the protection element of one Embodiment of this invention, as shown in FIG. 3, the heat generating body 11 for cutting the soluble conductor 6 by melting in the insulating substrate 4 may be formed. In addition, in the following description, while attaching|subjecting the same code|symbol about the component same as the component of the protection element 1 mentioned above, the detailed description about the component is abbreviate|omitted.

발열체 (11) 가 형성된 보호 소자 (12) 는, 예를 들어, 배터리 팩에 장착되면, 과전류시에 있어서 가용 도체 (6) 가 자기 발열하기 때문에, 그 가용 도체 (6) 가 용단되는 것에 더하여, 배터리 셀의 과전압에 따라 발열체 (11) 가 통전됨과 함께 발열하기 때문에, 가용 도체 (6) 가 용단된다. 이에 따라, 배터리 팩의 충방전 경로가 차단된다.When the protection element 12 provided with the heating element 11 is attached to a battery pack, for example, since the soluble conductor 6 self-heats at the time of an overcurrent, in addition to the soluble conductor 6 being fused, In order to generate heat while the heat generating element 11 is energized according to the overvoltage of the battery cell, the soluble conductor 6 is fused. Accordingly, the charging/discharging path of the battery pack is blocked.

발열체 (11) 는, 비교적 저항값이 높음과 함께 통전되면 발열하는 도전성을 갖는 재료 중 어느 1 종류 또는 2 종류 이상을 포함하고 있다. 이 도전성을 갖는 재료는, 예를 들어, W, Mo, Ru, 그들의 1 종류 이상을 주성분으로 한 합금, 그들의 1 종류 이상을 주성분으로 한 조성물, 및 그들의 1 종류 이상을 주성분으로 한 화합물 등이다. 이들 합금 등의 분상체와 수지 바인더 등의 혼합물을 포함하는 페이스트가 절연 기판 (4) 의 표면 (4a) 에 스크린 인쇄 기술을 이용하여 소정의 패턴이 되도록 도포된 후, 그 페이스트가 소성 등이 됨으로써, 발열체 (11) 가 형성된다.The heat generating element 11 contains any one type or two or more types of materials which have a comparatively high resistance value and the electrically conductive material which generate|occur|produces when electricity is supplied. The material having this conductivity is, for example, W, Mo, Ru, an alloy containing one or more of these as a main component, a composition containing one or more of these as a main component, and a compound containing one or more of these as a main component. A paste containing a mixture of powders such as these alloys and a resin binder is applied to the surface 4a of the insulating substrate 4 in a predetermined pattern using a screen printing technique, and then the paste is fired, etc. , the heating element 11 is formed.

발열체 (11) 는, 절연 기판 (4) 의 표면 (4a) 에 배치 형성되어 있음과 함께, 절연층 (13) 에 의해 피복되어 있다. 절연층 (13) 상에는, 표면 전극 (5) 이 배치 형성된다. 절연층 (13) 은, 발열체 (11) 의 보호 및 절연을 도모함과 함께, 발열체 (11) 에 있어서 발생한 열을 효율적으로 표면 전극 (5) 및 가용 도체 (6) 에 전달하기 위해서 형성되어 있고, 예를 들어, 유리층으로 이루어진다. 표면 전극 (5) 은, 발열체 (11) 에 의해 가열됨으로써, 가용 도체 (6) 의 용융물인 용융 도체 (6a) 를 응집하기 쉽게 한다.The heat generating body 11 is coat|covered with the insulating layer 13 while arrange|positioning and forming in the surface 4a of the insulating substrate 4 . On the insulating layer 13, the surface electrode 5 is arrange|positioned. The insulating layer 13 is formed in order to efficiently transmit the heat|fever generated in the heat generating body 11 to the surface electrode 5 and the soluble conductor 6 while aiming at protection and insulation of the heat generating body 11, For example, it consists of a glass layer. The surface electrode 5 makes it easy to aggregate the molten conductor 6a which is a melt of the soluble conductor 6 by being heated by the heat generating body 11.

발열체 (11) 의 일단부는, 표면 전극 (5) 과 접속되어 있고, 그 발열체 (11) 는, 표면 전극 (5) 을 통해서, 그 표면 전극 (5) 상에 배치 형성된 가용 도체 (6) 와 전기적으로 접속되어 있다. 또, 발열체 (11) 의 타단부는, 도시되지 않은 발열체 전극과 접속되어 있다. 발열체 전극은, 절연 기판 (4) 의 표면 (4a) 에 배치 형성되어 있다. 또, 발열체 전극은, 절연 기판 (4) 의 이면 (4b) 에 배치 형성된 제 3 외부 접속 전극 (15) (도 6 참조) 과 접속되어 있고, 그 제 3 외부 접속 전극 (15) 을 통해서 외부 회로와 접속되어 있다. 보호 소자 (1) 가 외부 회로와 접속됨으로써, 회로 기판에 제 3 외부 접속 전극 (15) 을 통해서 발열체 (11) 가 형성된 급전 경로, 즉 발열체 (11) 에 대한 급전 경로에 장착된다.One end of the heat generating body 11 is connected to the surface electrode 5, and the heat generating body 11 is electrically connected to the soluble conductor 6 disposed on the surface electrode 5 via the surface electrode 5. is connected to Moreover, the other end of the heat generating body 11 is connected to the heat generating body electrode which is not shown in figure. The heat generating electrode is arranged and formed on the surface 4a of the insulating substrate 4 . Further, the heating element electrode is connected to a third external connection electrode 15 (see FIG. 6 ) disposed and formed on the back surface 4b of the insulating substrate 4, and an external circuit is passed through the third external connection electrode 15 . is connected with The protection element 1 is connected to the external circuit, so that it is attached to the power supply path in which the heating element 11 is formed via the third external connection electrode 15 on the circuit board, that is, the power supply path to the heating element 11 .

또, 도 4 에 나타내는 바와 같이, 보호 소자 (12) 에서는, 발열체 (11) 가 절연 기판 (4) 의 이면 (4b) 에 배치 형성되어도 된다. 발열체 (11) 는, 절연 기판 (4) 의 이면 (4b) 에 있어서, 절연층 (13) 에 의해 피복되어 있다.Moreover, as shown in FIG. 4, in the protection element 12, the heat generating body 11 may be arrange|positioned on the back surface 4b of the insulated substrate 4, and may be formed. The heat generating element 11 is covered with the insulating layer 13 on the back surface 4b of the insulating substrate 4 .

발열체 (11) 의 일단부는, 도시되지 않은 발열체 전극을 통해서, 표면 전극 (5) 및 표면 전극 (5) 상에 배치 형성된 가용 도체 (6) 와 전기적으로 접속되어 있다. 또, 발열체 (11) 의 타단부는, 도시되지 않은 발열체 전극을 통해서 제 3 외부 접속 전극 (15) 과 접속되어 있다.One end of the heat generating body 11 is electrically connected to the surface electrode 5 and the soluble conductor 6 arranged and formed on the surface electrode 5 via a heat generating body electrode (not shown). In addition, the other end of the heat generating element 11 is connected to the third external connection electrode 15 via a heat generating electrode not shown.

또, 도 5 에 나타내는 바와 같이, 보호 소자 (12) 에서는, 발열체 (11) 가 절연 기판 (4) 의 내부에 배치 형성되어도 된다. 이 경우, 발열체 (11) 는, 유리 등의 절연층 (13) 에 의해 피복되지 않아도 된다. 발열체 (11) 의 일단부는, 도시되지 않은 발열체 전극을 통해서, 표면 전극 (5) 및 표면 전극 (5) 상에 배치 형성된 가용 도체 (6) 와 전기적으로 접속되어 있다. 또, 발열체 (11) 의 타단부는, 도시되지 않은 발열체 전극을 통해서 제 3 외부 접속 전극 (15) 과 접속되어 있다.Moreover, as shown in FIG. 5, in the protection element 12, the heat generating body 11 may be arrange|positioned inside the insulated substrate 4, and may be formed. In this case, the heat generating element 11 does not need to be coat|covered with the insulating layer 13, such as glass. One end of the heat generating body 11 is electrically connected to the surface electrode 5 and the soluble conductor 6 arranged and formed on the surface electrode 5 via a heat generating body electrode (not shown). In addition, the other end of the heat generating element 11 is connected to the third external connection electrode 15 via a heat generating electrode not shown.

[회로 구성][Circuit configuration]

이와 같은 보호 소자 (12) 는, 도 6 에 나타내는 바와 같이, 예를 들어, 리튬 이온 2 차 전지를 사용한 배터리 팩 (30) 내의 회로에 장착된다. 배터리 팩 (30) 은, 1 개 이상의 배터리 셀, 예를 들어, 합계 4 개의 리튬 이온 2 차 전지인 배터리 셀 (31 ∼ 34) 로 이루어지는 배터리 스택 (35) 을 구비한다.As shown in FIG. 6, such a protection element 12 is attached to the circuit in the battery pack 30 using a lithium ion secondary battery, for example. The battery pack 30 is provided with the battery stack 35 which consists of one or more battery cells, for example, battery cells 31-34 which are a total of four lithium ion secondary batteries.

배터리 팩 (30) 은, 배터리 스택 (35) 과, 배터리 스택 (35) 의 충방전을 제어하는 충방전 제어 회로 (40) 와, 배터리 스택 (35) 의 이상시에 충전 동작을 정지시키는 보호 소자 (12) (본 발명이 적용된 보호 소자) 와, 각 배터리 셀 (31 ∼ 34) 의 전압을 검출하는 검출 회로 (36) 와, 검출 회로 (36) 의 검출 결과에 따라 보호 소자 (12) 의 동작을 제어하기 위한 스위치 소자인 전류 제어 소자 (37) 를 구비한다.The battery pack 30 includes a battery stack 35 , a charge/discharge control circuit 40 for controlling charging and discharging of the battery stack 35 , and a protection element for stopping a charging operation when the battery stack 35 is abnormal. 12) (the protection element to which the present invention is applied), the detection circuit 36 for detecting the voltage of each battery cell 31 to 34, and the operation of the protection element 12 according to the detection result of the detection circuit 36 A current control element 37 which is a switch element for controlling is provided.

배터리 스택 (35) 에서는, 과충전 상태 및 과방전 상태로부터 보호하기 위한 제어를 필요로 하는 배터리 셀 (31 ∼ 34) 이 직렬로 접속되어 있다. 이 배터리 스택 (35) 은, 배터리 팩 (30) 의 정극 단자 (30a) 및 부극 단자 (30b) 를 통해서 충전 장치 (45) 에 착탈 가능하도록 접속되어 있고, 그 충전 장치 (45) 로부터 충전 전압이 인가된다. 충전 장치 (45) 에 의해 충전된 배터리 팩 (30) 은, 배터리를 이용하여 동작하는 전자 기기에 정극 단자 (30a) 및 부극 단자 (30b) 를 통해서 접속됨으로써, 그 전자 기기를 동작시킬 수 있다.In the battery stack 35, the battery cells 31 to 34 that require control for protection from an overcharge state and an overdischarge state are connected in series. This battery stack 35 is detachably connected to the charging device 45 via the positive electrode terminal 30a and the negative electrode terminal 30b of the battery pack 30, and the charging voltage from the charging device 45 is is authorized The battery pack 30 charged by the charging device 45 can operate the electronic device by being connected to the electronic device which operates using the battery via the positive electrode terminal 30a and the negative electrode terminal 30b.

충방전 제어 회로 (40) 는, 배터리 스택 (35) 으로부터 충전 장치 (45) 에 이르는 전류 경로에 직렬 도입된 2 개의 전류 제어 소자 (41, 42) 와, 그 전류 제어 소자 (41, 42) 의 동작을 제어하는 제어부 (43) 를 구비한다. 전류 제어 소자 (41, 42) 는, 예를 들어, 전계 효과 트랜지스터 (이하, FET 라고 한다.) 를 포함하고 있다. 이 전류 제어 소자 (41, 42) 는, 제어부 (43) 에 의해 게이트 전압이 제어됨으로써, 배터리 스택 (35) 의 전류 경로의 상태 (도통 및 차단) 를 제어한다. 제어부 (43) 는, 충전 장치 (45) 로부터 전력 공급을 받아 동작함과 함께, 검출 회로 (36) 에 의한 검출 결과에 따라, 배터리 스택 (35) 이 과방전 상태 또는 과충전 상태일 때, 전류 경로가 차단되도록, 전류 제어 소자 (41, 42) 의 동작을 제어한다.The charge/discharge control circuit 40 includes two current control elements 41 and 42 introduced in series into a current path from the battery stack 35 to the charging device 45 , and the current control elements 41 and 42 . A control unit 43 for controlling the operation is provided. The current control elements 41 and 42 include, for example, field effect transistors (hereinafter referred to as FETs). The current control elements 41 , 42 control the state (conduction and cutoff) of the current path of the battery stack 35 by controlling the gate voltage by the control unit 43 . The control unit 43 operates by receiving power supply from the charging device 45 , and according to the detection result by the detection circuit 36 , when the battery stack 35 is in an over-discharge state or an over-charge state, a current path Controls the operation of the current control elements 41 and 42 so that .

보호 소자 (12) 는, 예를 들어, 배터리 스택 (35) 과 충방전 제어 회로 (40) 사이의 충방전 전류 경로에 도입되고, 그 보호 소자 (12) 의 동작은, 전류 제어 소자 (37) 에 의해 제어된다.The protection element 12 is introduced into the charge/discharge current path between the battery stack 35 and the charge/discharge control circuit 40, for example, and the operation of the protection element 12 is the current control element 37 is controlled by

검출 회로 (36) 는, 각 배터리 셀 (31 ∼ 34) 과 접속되어 있고, 그 각 배터리 셀 (31 ∼ 34) 에 있어서 검출된 각 전압값을 충방전 제어 회로 (40) 의 제어부 (43) 에 공급한다. 또, 검출 회로 (36) 는, 어느 1 개의 배터리 셀 (31 ∼ 34) 이 과충전 전압 상태 또는 과방전 전압 상태가 되었을 때, 전류 제어 소자 (37) 를 제어하기 위한 제어 신호를 출력한다.The detection circuit 36 is connected with each battery cell 31-34, and transmits each voltage value detected in each battery cell 31-34 to the control part 43 of the charge/discharge control circuit 40. supply Moreover, the detection circuit 36 outputs the control signal for controlling the current control element 37, when any one of the battery cells 31-34 becomes an overcharge voltage state or an overdischarge voltage state.

전류 제어 소자 (37) 는, 예를 들어, FET 를 포함하고 있다. 이 전류 제어 소자 (37) 는, 검출 회로 (36) 로부터 출력되는 검출 신호에 따라, 배터리 셀 (31 ∼ 34) 의 전압값이 소정의 과방전 상태 또는 과충전 상태를 초과하는 전압이 되었을 때, 보호 소자 (12) 를 동작시킨다. 이에 따라, 배터리 스택 (35) 의 충방전 전류 경로는, 전류 제어 소자 (41, 42) 의 스위치 동작에 의하지 않고 차단된다.The current control element 37 includes, for example, an FET. This current control element 37 protects when, according to the detection signal output from the detection circuit 36, the voltage value of the battery cells 31 to 34 becomes a voltage exceeding a predetermined overdischarge state or overcharge state. The element 12 is operated. Accordingly, the charging/discharging current path of the battery stack 35 is cut off regardless of the switch operation of the current control elements 41 and 42 .

이상과 같은 구성을 갖는 배터리 팩 (30) 에 사용되는 보호 소자 (12) 는, 도 7 에 나타내는 바와 같은 회로 구성을 갖는다. 즉, 보호 소자 (12) 에서는, 제 1 외부 전극 (2) 이 배터리 스택 (35) 과 전기적으로 접속되어 있음과 함께, 제 2 외부 전극 (3) 이 정극 단자 (30a) 와 전기적으로 접속되어 있다. 이에 따라, 가용 도체 (6) 가 배터리 스택 (35) 의 충방전 경로에 직렬로 도입되어 있다. 또, 보호 소자 (12) 에서는, 발열체 (11) 가 발열체 전극 및 제 3 외부 접속 전극 (15) 을 통해서 전류 제어 소자 (37) 와 접속되어 있음과 함께, 그 발열체 (11) 가 배터리 스택 (35) 의 개방단과 접속되어 있다. 이에 따라, 발열체 (11) 의 일단부는, 표면 전극 (5) 을 통해서 가용 도체 (6) 및 배터리 스택 (35) 의 일방의 개방단과 접속되어 있다. 발열체 (11) 의 타단부는, 제 3 외부 접속 전극 (15) 을 통해서 전류 제어 소자 (37) 및 배터리 스택 (35) 의 타방의 개방단과 접속되어 있다. 이에 따라, 발열체 (11) 에 대한 급전 경로가 형성됨과 함께, 그 발열체 (11) 에 대한 통전은 전류 제어 소자 (37) 에 의해 제어된다.The protection element 12 used for the battery pack 30 which has the above structures has a circuit structure as shown in FIG. That is, in the protection element 12 , the first external electrode 2 is electrically connected to the battery stack 35 , and the second external electrode 3 is electrically connected to the positive electrode terminal 30a. . Thereby, the soluble conductor 6 is introduced into the charge/discharge path|route of the battery stack 35 in series. Further, in the protection element 12 , the heating element 11 is connected to the current control element 37 via the heating element electrode and the third external connection electrode 15 , and the heating element 11 is connected to the battery stack 35 ) is connected to the open end of Thereby, the one end of the heat generating body 11 is connected with the one open end of the soluble conductor 6 and the battery stack 35 via the surface electrode 5. As shown in FIG. The other end of the heat generating element 11 is connected to the other open end of the current control element 37 and the battery stack 35 via the third external connection electrode 15 . Thereby, while the electric power supply path|route to the heat generating element 11 is formed, electricity supply to the heat generating element 11 is controlled by the current control element 37. As shown in FIG.

[보호 소자의 동작][Operation of protection element]

배터리 팩 (30) 에 정격을 초과하는 과전류가 흐르면, 보호 소자 (12) 에서는, 가용 도체 (6) 가 자기 발열함과 함께 용융하기 때문에, 배터리 팩 (30) 의 충방전 경로가 차단된다.Since the soluble conductor 6 melts with self-heating in the protection element 12 when the overcurrent exceeding a rating flows through the battery pack 30, the charging/discharging path|route of the battery pack 30 is interrupted|blocked.

또, 검출 회로 (36) 는, 배터리 셀 (31 ∼ 34) 중 어느 것의 이상 전압을 검출하면, 전류 제어 소자 (37) 로 차단 신호를 출력한다. 이 전류 제어 소자 (37) 는, 차단 신호에 따라, 발열체 (11) 가 통전되도록 전류를 제어한다. 보호 소자 (12) 에서는, 배터리 스택 (35) 으로부터, 제 1 외부 전극 (2), 가용 도체 (6) 및 표면 전극 (5) 을 통해서 발열체 (11) 에 전류가 흐르기 때문에, 그 발열체 (11) 가 발열을 개시한다. 이에 따라, 보호 소자 (12) 에서는, 발열체 (11) 에 의해 가용 도체 (6) 가 가열되면, 그 가용 도체 (6) 가 용단되기 때문에, 배터리 스택 (35) 의 충방전 경로가 차단된다.In addition, the detection circuit 36 outputs a cutoff signal to the current control element 37 when an abnormal voltage of any of the battery cells 31 to 34 is detected. This current control element 37 controls the current so that the heating element 11 is energized according to the cut-off signal. In the protection element 12, since an electric current flows from the battery stack 35 to the heat generating element 11 through the 1st external electrode 2, the soluble conductor 6, and the surface electrode 5, the heat generating element 11 starts to exotherm. Thereby, in the protection element 12, when the soluble conductor 6 is heated by the heat generating body 11, since the soluble conductor 6 is fusion-cut, the charge/discharge path|route of the battery stack 35 is interrupted|blocked.

이 때, 과전류시에 있어서의 자기 발열을 이용한 가용 도체 (6) 의 용단 및 과전압시에 있어서의 발열체 (11) 의 발열을 이용한 가용 도체 (6) 의 용단 중 어느 것에 있어서도, 보호 소자 (12) 에서는, 가용 도체 (6) 가 절연 기판 (4) 상에 있어서 표면 전극 (5) 에 의해서만 지지되고 있기 때문에, 표면 전극 (5) 의 치수 및 배치에 관한 설계의 자유도가 높아짐과 함께, 제 1 외부 전극 (2) 과 제 2 외부 전극 (3) 사이의 거리가 용이하게 조정된다. 따라서, 보호 소자 (12) 에서는, 표면 전극 (5) 과 제 1 외부 전극 (2) 사이의 거리가 확보됨과 함께, 표면 전극 (5) 과 제 2 외부 전극 (3) 사이의 거리가 확보되기 때문에, 용융 도체 (6a) 가 절연 기판 (4) 의 표면 (4a) 을 타고 제 1 외부 전극 (2) 및 제 2 외부 전극 (3) 의 각각과 접속되기 어려워진다. 따라서, 높은 절연 저항을 유지할 수 있다.At this time, in any of the melting of the soluble conductor 6 using the self-heating at the time of an overcurrent, and the melting|fusing of the soluble conductor 6 using the heat_generation|fever of the heat generating body 11 at the time of an overvoltage, the protection element 12 Since the soluble conductor 6 is supported only by the surface electrode 5 on the insulated substrate 4, while the freedom degree of the design regarding the dimension and arrangement|positioning of the surface electrode 5 increases, 1st exterior The distance between the electrode 2 and the second external electrode 3 is easily adjusted. Accordingly, in the protection element 12 , the distance between the surface electrode 5 and the first external electrode 2 is secured and the distance between the surface electrode 5 and the second external electrode 3 is secured. , it becomes difficult for the molten conductor 6a to ride along the surface 4a of the insulating substrate 4 and to be connected to each of the first external electrode 2 and the second external electrode 3 . Therefore, high insulation resistance can be maintained.

또, 보호 소자 (12) 에서는, 가용 도체 (6) 가 고융점 금속 및 저융점 금속을 함유함으로써, 용융한 저융점 금속에 의한 고융점 금속의 용식 작용을 이용하여, 그 가용 도체 (6) 가 단시간에 용단된다.Moreover, in the protection element 12, when the soluble conductor 6 contains a high-melting-point metal and a low-melting-point metal, the soluble conductor 6 utilizes the erosion action of the high-melting-point metal by the molten low-melting-point metal. melted in a short time

또한, 보호 소자 (12) 에서는, 가용 도체 (6) 가 용단됨으로써, 발열체 (11) 로의 급전 경로도 차단되기 때문에, 발열체 (11) 의 발열이 정지된다.Moreover, in the protection element 12, when the soluble conductor 6 is melt-cut, since the electric power supply path|route to the heat generating body 11 is also interrupted|blocked, heat_generation|fever of the heat generating body 11 is stopped.

본 발명의 일 실시형태의 보호 소자는, 리튬 이온 2 차 전지를 사용한 배터리 팩에 적용되는 경우에 한정되지 않고, 전기 신호에 따라 전류 경로의 차단을 필요로 하는 다양한 용도에도 물론 응용 가능하다.The protection element of one embodiment of the present invention is not limited to a case where it is applied to a battery pack using a lithium ion secondary battery, and of course it is applicable to various uses requiring blocking of a current path according to an electrical signal.

[보호 소자:흡인 타입][a protection element: a suction type]

또, 본 발명의 일 실시형태의 보호 소자에서는, 도 8 에 나타내는 바와 같이, 절연 기판 (4) 에, 가용 도체 (6) 의 용융물인 용융 도체 (6a) 를 흡인하기 위한 흡인공 (51) 이 형성되어 있어도 된다. 또한, 이하의 설명에서는, 상기 서술한 보호 소자 (1) 의 구성 요소와 동일한 구성 요소에 대해 동일한 부호를 붙임과 함께, 그 구성 요소에 관한 상세한 설명을 생략한다.Moreover, in the protection element of one Embodiment of this invention, as shown in FIG. 8, the suction hole 51 for attracting the molten conductor 6a which is a melt|fusion of the soluble conductor 6 to the insulated substrate 4 is may be formed. In addition, in the following description, while attaching|subjecting the same code|symbol about the component same as the component of the protection element 1 mentioned above, the detailed description about the component is abbreviate|omitted.

흡인공 (51) 이 형성된 보호 소자 (50) 에서는, 과전류에 수반하는 자기 발열을 이용하여 가용 도체 (6) 가 용융하고, 혹은 과전압에 수반하는 발열체 (11) 의 발열을 이용하여 가용 도체 (6) 가 용융하면, 모세관 현상을 이용하여 용융 도체 (6a) 가 흡인공 (51) 의 내부에 흡인되기 때문에, 그 용융 도체 (6a) 의 체적이 감소한다. 보호 소자 (50) 에서는, 대전류 용도에 대응하기 위해서 가용 도체 (6) 의 단면적을 증대시킴으로써, 용융량이 증대한 경우에도, 용융 도체 (6a) 가 흡인공 (51) 에 흡인되기 때문에, 그 용융 도체 (6a) 의 체적이 감소한다.In the protection element 50 in which the suction hole 51 was formed, the soluble conductor 6 melts using the self-heating accompanying an overcurrent, or using the heat_generation|fever of the heat generating body 11 accompanying an overvoltage, the soluble conductor 6 ) melts, the volume of the molten conductor 6a decreases because the molten conductor 6a is attracted to the inside of the suction hole 51 using the capillary phenomenon. In the protection element 50, since the molten conductor 6a is attracted|sucked by the suction hole 51 by increasing the cross-sectional area of the soluble conductor 6 in order to respond|correspond to a large current use, even when a molten amount increases, the molten conductor The volume of (6a) decreases.

이에 따라, 보호 소자 (50) 에서는, 가용 도체 (6) 가 신속하게 용단되기 쉬워진다. 또, 보호 소자 (50) 에서는, 과전류에 수반하는 자기 발열을 이용한 가용 도체 (6) 의 용단시에 있어서 아크 방전이 발생해도, 그 아크 방전에 기인한 용융 도체 (6a) 의 비산이 경감된다. 이에 따라, 절연 저항의 저하가 방지됨과 함께, 가용 도체 (6) 의 주변의 회로에 용융 도체 (6a) 가 부착하는 것에 기인한 단락 고장이 방지된다.Thereby, in the protection element 50, the soluble conductor 6 becomes easy to cut by melting quickly. Moreover, in the protection element 50, even if an arc discharge generate|occur|produces at the time of melting of the soluble conductor 6 using the self-heating accompanying an overcurrent, the scattering of the molten conductor 6a resulting from the arc discharge is reduced. Thereby, while the fall of insulation resistance is prevented, the short circuit failure resulting from the molten conductor 6a adhering to the circuit around the soluble conductor 6 is prevented.

흡인공 (51) 의 내벽면에는, 도전층 (52) 이 형성되어 있다. 도전층 (52) 이 형성됨으로써, 흡인공 (51) 은 용융 도체 (6a) 를 흡인하기 쉬워진다. 도전층 (52) 은, 도전성 재료 중 어느 1 종류 또는 2 종류 이상을 포함하고 있다. 이 도전성 재료는, 동, 은, 금, 철, 니켈, 팔라듐, 납, 주석 및 그들의 1 종류 이상을 주성분으로 한 합금 등이다. 흡인공 (51) 의 내벽면에, 전해 도금법 및 인쇄법 등의 공지된 방법을 이용하여 도전성 재료 (예를 들어, 도전 페이스트) 를 성막함으로써, 도전층 (52) 이 형성된다.A conductive layer 52 is formed on the inner wall surface of the suction hole 51 . When the conductive layer 52 is formed, the suction hole 51 easily attracts the molten conductor 6a. The conductive layer 52 contains any one type or two or more types of electroconductive materials. The conductive material is copper, silver, gold, iron, nickel, palladium, lead, tin, or an alloy containing at least one of them as a main component. The conductive layer 52 is formed on the inner wall surface of the suction hole 51 by forming a conductive material (eg, conductive paste) into a film using a known method such as an electrolytic plating method and a printing method.

또, 흡인공 (51) 은, 절연 기판 (4) 의 두께 방향으로 연장되는 관통공인 것이 바람직하다. 이에 따라, 흡인공 (51) 에서는, 용융 도체 (6a) 가 절연 기판 (4) 의 이면 (4b) 에 도달할 때까지 흡인된다. 이에 따라, 보다 많은 용융 도체 (6a) 가 흡인되기 때문에, 가용 도체 (6) 가 용단된 장소에 있어서 용융 도체 (6a) 의 체적이 보다 감소한다. 또한, 흡인공 (51) 은, 비관통공이어도 된다.Moreover, it is preferable that the suction hole 51 is a through-hole extended in the thickness direction of the insulated substrate 4 . Thereby, in the suction hole 51, it attract|sucks until the molten conductor 6a reaches the back surface 4b of the insulated substrate 4. Thereby, since more molten conductor 6a is attracted|sucked, the volume of the molten conductor 6a reduces more in the place where the soluble conductor 6 was cut by fusion. In addition, the suction hole 51 may be a non-penetrating hole.

또, 도 9 에 나타내는 바와 같이, 절연 기판 (4) 의 표면 (4a) 에 절연층 (13) 을 통해서 표면 전극 (5) 이 배치 형성되어 있고, 흡인공 (51) 은, 그 표면 전극 (5) 의 폭 방향에 있어서의 대략 중앙부에 대응하는 위치에 형성되어 있다. 또한, 흡인공 (51) 의 수는, 1 개여도 되고, 복수여도 된다. 흡인공 (51) 의 수가 복수인 경우, 용융 도체 (6a) 를 흡인하는 경로가 늘어나기 때문에, 보다 많은 용융 도체 (6a) 가 흡인공 (51) 에 흡인된다. 이에 따라, 가용 도체 (6) 가 용단된 장소에 있어서, 용융 도체 (6a) 의 체적이 보다 감소한다. 여기서는, 복수의 흡인공 (51) 은, 예를 들어, 직선상, 즉 일렬로 늘어서도록 배치되어 있다.Moreover, as shown in FIG. 9, the surface electrode 5 is arrange|positioned on the surface 4a of the insulated substrate 4 through the insulating layer 13, and the suction hole 51 is the surface electrode 5 ) is formed at a position corresponding to a substantially central portion in the width direction. In addition, one may be sufficient as the number of the suction holes 51, and several may be sufficient as it. Since the path|route which attracts the molten conductor 6a increases when the number of the suction holes 51 is plural, more molten conductor 6a is attract|sucked by the suction hole 51. As shown in FIG. Thereby, the place where the soluble conductor 6 was cut by melting WHEREIN: The volume of the molten conductor 6a reduces more. Here, the some suction hole 51 is arrange|positioned so that it may line up in a line, ie, linear, for example.

또, 흡인공 (51) 의 내벽면에 형성된 도전층 (52) 은, 표면 전극 (5) 과 접속되어 있다. 도전층 (52) 의 표면과 표면 전극 (5) 의 표면은, 동일면 내에 있는 것이 바람직하다. 도전층 (52) 과 표면 전극 (5) 은, 일체화되어 있어도 된다. 이에 따라, 보호 소자 (50) 에서는, 표면 전극 (5) 상에서 응집한 용융 도체 (6a) 가 표면 전극 (5) 의 표면 및 도전층 (52) 의 표면에 젖어 확산되기 쉬워짐과 함께, 그 용융 도체 (6a) 가 도전층 (52) 을 통해서 흡인공 (51) 의 내부로 유도되기 쉬워진다.In addition, the conductive layer 52 formed on the inner wall surface of the suction hole 51 is connected to the surface electrode 5 . It is preferable that the surface of the conductive layer 52 and the surface of the surface electrode 5 exist in the same plane. The conductive layer 52 and the surface electrode 5 may be integrated. Thereby, in the protection element 50, while the molten conductor 6a aggregated on the surface electrode 5 gets wet on the surface of the surface electrode 5 and the surface of the conductive layer 52, and spreads easily, the fusion The conductor 6a is easily guided to the inside of the suction hole 51 through the conductive layer 52 .

또, 절연 기판 (4) 의 이면 (4b) 에는, 흡인공 (51) 의 내벽면에 형성된 도전층 (52) 과 접속되도록, 이면 전극 (53) 이 배치 형성되어 있다. 도 10 에 나타내는 바와 같이, 이면 전극 (53) 은 도전층 (52) 과 접속되어 있다. 도전층 (52) 의 표면과 이면 전극 (53) 의 표면은, 동일면 내에 있는 것이 바람직하다. 이면 전극 (53) 과 도전층 (52) 은, 일체화되어 있어도 된다. 가용 도체 (6) 가 용융하면, 절연 기판 (4) 의 표면 (4a) 으로부터 흡인공 (51) 을 경유하여 이면 (4b) 까지 이동한 용융 도체 (6a) 가 이면 전극 (53) 상에서 응집한다. 이에 따라, 보호 소자 (50) 에서는, 이면 전극 (53) 상에서 응집한 용융 도체 (6a) 가 이면 전극 (53) 의 표면 및 도전층 (52) 의 표면에 젖어 확산되기 쉬워진다. 또, 보다 많은 용융 도체 (6a) 가 흡인공 (51) 에 흡인되기 때문에, 가용 도체 (6) 가 용단된 장소에 있어서 용융 도체 (6a) 의 체적이 보다 감소한다.Moreover, the back surface electrode 53 is arrange|positioned on the back surface 4b of the insulating substrate 4 so that it may connect with the conductive layer 52 formed in the inner wall surface of the suction hole 51. As shown in FIG. As shown in FIG. 10 , the back electrode 53 is connected to the conductive layer 52 . It is preferable that the surface of the conductive layer 52 and the surface of the back electrode 53 exist in the same plane. The back electrode 53 and the conductive layer 52 may be integrated. When the soluble conductor 6 melts, the molten conductor 6a which moved from the surface 4a of the insulated substrate 4 to the back surface 4b via the suction hole 51 will aggregate on the back electrode 53. Thereby, in the protection element 50, the molten conductor 6a aggregated on the back electrode 53 wets the surface of the back electrode 53 and the surface of the conductive layer 52, and it becomes easy to spread. Moreover, since more molten conductor 6a is attract|sucked by the suction hole 51, the volume of the molten conductor 6a reduces more in the place where the soluble conductor 6 was cut by fusion.

또한, 보호 소자 (50) 에서는, 발열체 (11) 를 배치 형성하지 않고, 과전류에 수반하는 자기 발열만을 이용하여 가용 도체 (6) 를 용단시켜도 되고, 발열체 (11) 를 배치 형성하여, 과전류에 수반하는 자기 발열에 더하여 과전압에 수반하는 발열체 (11) 의 발열을 이용하여 가용 도체 (6) 를 용단시켜도 된다. 또, 보호 소자 (50) 에서는, 발열체 (11) 가 절연 기판 (4) 의 표면 (4a) 에 배치 형성되어도 되고, 발열체 (11) 가 절연 기판 (4) 의 이면 (4b) 에 배치 형성되어도 되고, 발열체 (11) 가 절연 기판 (4) 의 내부에 배치 형성되어도 된다.In addition, in the protection element 50, the heat generating body 11 is not arrange|positioned, but the soluble conductor 6 may be melt-cut using only the self-heating accompanying an overcurrent, and the heat generating body 11 is arrange|positioned and accompanied with an overcurrent. In addition to the self-heating to be carried out, you may cut the soluble conductor 6 by melting using the heat generation of the heat generating body 11 accompanying an overvoltage. Moreover, in the protection element 50, the heat generating body 11 may be arrange|positioned on the front surface 4a of the insulated substrate 4, and the heat generating body 11 may be arrange|positioned and formed in the back surface 4b of the insulated substrate 4, , the heating element 11 may be disposed inside the insulating substrate 4 .

발열체 (11) 가 절연 기판 (4) 의 이면 (4b) 에 형성되는 경우, 발열체 (11) 의 일단부는 이면 전극 (53) 과 접속되고, 그 이면 전극 (53) 과 일체화됨과 함께, 도전층 (52) 및 표면 전극 (5) 을 통해서 가용 도체 (6) 와 전기적으로 접속된다. 또, 발열체 (11) 의 타단부는, 도시되지 않은 발열체 전극을 통해서 제 3 외부 접속 전극 (15) 과 접속된다. 마찬가지로, 발열체 (11) 가 절연 기판 (4) 의 내부에 형성되는 경우, 발열체 (11) 의 일단부는, 표면 전극 (5) 을 통해서 가용 도체 (6) 와 전기적으로 접속됨과 함께, 발열체 (11) 의 타단부는, 제 3 외부 접속 전극 (15) 과 접속된다.When the heating element 11 is formed on the back surface 4b of the insulating substrate 4, one end of the heating element 11 is connected to the back electrode 53, and is integrated with the back electrode 53, and a conductive layer ( 52 ) and the surface electrode 5 are electrically connected to the soluble conductor 6 . Further, the other end of the heating element 11 is connected to the third external connection electrode 15 via a heating element electrode (not shown). Similarly, when the heat generating body 11 is formed inside the insulated substrate 4, one end of the heat generating body 11 is electrically connected to the soluble conductor 6 through the surface electrode 5, and the heat generating body 11 The other end of the is connected to the third external connection electrode (15).

발열체 (11) 가 절연 기판 (4) 의 이면 (4b) 에 배치 형성되어 있으면, 보호 소자 (50) 에서는, 이면 전극 (53) 이 발열체 (11) 에 의해 가열되기 때문에, 보다 많은 용융 도체 (6a) 가 응집하기 쉬워진다. 따라서, 보호 소자 (50) 에서는, 표면 전극 (5) 으로부터 도전층 (52) 을 통해서 이면 전극 (53) 으로 용융 도체 (6a) 가 흡인되는 작용을 촉진시킴으로써, 가용 도체 (6) 가 용단되기 쉬워진다.When the heating element 11 is disposed on the back surface 4b of the insulating substrate 4, in the protection element 50, the back electrode 53 is heated by the heating element 11, so more molten conductors 6a ) becomes easy to aggregate. Therefore, in the protection element 50, the soluble conductor 6 is easy to cut by melting by accelerating the effect|action by which the molten conductor 6a is attracted|sucked from the surface electrode 5 through the conductive layer 52 to the back electrode 53. lose

또, 발열체 (11) 가 절연 기판 (4) 의 내부에 배치 형성되어 있으면, 보호 소자 (50) 에서는, 도전층 (52) 을 통해서 표면 전극 (5) 및 이면 전극 (53) 이 발열체 (11) 에 의해 가열됨으로써, 보다 많은 용융 도체 (6a) 가 응집하기 쉬워진다. 따라서, 보호 소자 (50) 에서는, 표면 전극 (5) 으로부터 도전층 (52) 을 통해서 이면 전극 (53) 으로 용융 도체 (6a) 가 흡인되는 작용을 촉진시킴으로써, 가용 도체 (6) 가 용단되기 쉬워진다.Moreover, if the heat generating body 11 is arrange|positioned inside the insulating substrate 4, in the protection element 50, the surface electrode 5 and the back electrode 53 are the heat generating body 11 via the conductive layer 52. By heating by , it becomes easy to aggregate more molten conductor 6a. Therefore, in the protection element 50, the soluble conductor 6 is easy to cut by melting by accelerating the effect|action by which the molten conductor 6a is attracted|sucked from the surface electrode 5 through the conductive layer 52 to the back electrode 53. lose

또한, 발열체 (11) 가 절연 기판 (4) 의 표면 (4a) 에 배치 형성되는 경우, 발열체 (11) 가 절연 기판 (4) 의 이면 (4b) 에 배치 형성되는 경우, 발열체 (11) 가 절연 기판 (4) 의 내부에 배치 형성되는 경우 중 어느 것에 있어서도, 그 발열체 (11) 는, 흡인공 (51) 의 양측에 배치 형성되는 것이 바람직하다. 표면 전극 (5) 및 이면 전극 (53) 이 가열되기 때문에, 보다 많은 용융 도체 (6a) 가 응집함과 함께 흡인공 (51) 에 흡인되기 때문이다.In addition, when the heating element 11 is arranged and formed on the front surface 4a of the insulating substrate 4, when the heating element 11 is arranged and formed on the back surface 4b of the insulating substrate 4, the heating element 11 is insulated In any case of arrangement|positioning formation inside the board|substrate 4, it is preferable that the heat generating body 11 is arrange|positioned on both sides of the suction hole 51. As shown in FIG. This is because, since the front electrode 5 and the back electrode 53 are heated, more molten conductors 6a are aggregated and are attracted by the suction hole 51 .

또, 보호 소자 (50) 에서는, 흡인공 (51) 의 내부에, 가용 도체 (6) 의 형성 재료와 동일 혹은 유사한 재료나, 가용 도체 (6) 의 형성 재료보다도 융점이 낮은 예비 땜납 (55) 이나, 플럭스 등이 충전되어도 된다. 보호 소자 (50) 에서는, 발열체 (11) 가 발열했을 때, 열 전도가 우수한 도전층 (52), 표면 전극 (5) 및 이면 전극 (53) 의 온도가 절연 기판 (4) 의 온도보다 먼저 높아진다. 이에 따라, 예비 땜납 (55) 등이 가용 도체 (6) 보다 먼저 용융하기 때문에, 용융 도체 (6a) 가 흡인공 (51) 에 인입된다. 따라서, 용융 도체 (6a) 는, 절연 기판 (4) 의 표면 (4a) 으로부터 이면 (4b) 으로 이동하기 때문에, 보호 소자 (50) 의 방향에 상관없이, 제 1 외부 전극 (2) 과 제 2 외부 전극 (3) 사이의 전류 경로가 차단되기 쉬워진다.Moreover, in the protection element 50, in the inside of the suction hole 51, melting|fusing point is lower than the forming material of the material of the same or similar to the forming material of the soluble conductor 6, or the soluble conductor 6 preliminary solder 55. Alternatively, a flux or the like may be charged. In the protection element 50, when the heat generating body 11 heats up, the temperature of the conductive layer 52 excellent in heat conduction, the front electrode 5, and the back electrode 53 becomes higher than the temperature of the insulating substrate 4 earlier. . Thereby, since the preliminary|backup solder 55 etc. melt|dissolve before the soluble conductor 6, the molten conductor 6a is drawn into the suction hole 51. As shown in FIG. Therefore, since the molten conductor 6a moves from the front surface 4a to the back surface 4b of the insulating substrate 4, regardless of the direction of the protection element 50, the first external electrode 2 and the second The current path between the external electrodes 3 is likely to be blocked.

[제 1 외부 전극과 절연 기판 사이의 클리어런스 및 제 2 외부 전극과 절연 기판 사이의 클리어런스][Clearance between the first external electrode and the insulating substrate and the clearance between the second external electrode and the insulating substrate]

또한, 보호 소자 (1, 12, 50) 에서는, 외부 케이싱 (10) 에 의해 지지된 제 1 외부 전극 (2) 과 절연 기판 (4) 사이에 클리어런스가 형성되어 있기 때문에, 그 제 1 외부 전극 (2) 과 절연 기판 (4) 이 서로 이간되어 있는 것이 바람직하다. 또, 외부 케이싱 (10) 에 의해 지지된 제 2 외부 전극 (3) 과 절연 기판 (4) 사이에 클리어런스가 형성되어 있기 때문에, 그 제 2 외부 전극 (3) 과 절연 기판 (4) 이 서로 이간되어 있는 것이 바람직하다. 이들 클리어런스가 형성되어 있으면, 절연 기판 (4) 의 열 팽창 계수와 외부 케이싱 (10) 의 열 팽창 계수의 차이에서 기인하는 왜곡이 흡수되기 때문에, 보호 소자 (1, 12, 50) 의 파손이 방지된다. 또, 보호 소자 (12, 50) 에서는, 클리어런스가 형성되어 있으면, 절연 기판 (4) 과 제 1 외부 전극 (2) 사이의 열 경로가 차단됨과 함께, 절연 기판 (4) 과 제 2 외부 전극 (3) 사이의 열 경로가 차단된다. 이에 따라, 보다 효율적으로 표면 전극 (5) 으로부터 가용 도체 (6) 에 열이 전달되기 때문에, 신속하게 가용 도체 (6) 가 용단된다. Further, in the protection elements 1, 12, 50, since a clearance is formed between the first external electrode 2 supported by the external casing 10 and the insulating substrate 4, the first external electrode ( It is preferable that 2) and the insulating substrate 4 are mutually spaced apart. Further, since a clearance is formed between the second external electrode 3 supported by the external casing 10 and the insulating substrate 4, the second external electrode 3 and the insulating substrate 4 are spaced apart from each other. It is preferable to be When these clearances are formed, since distortion resulting from the difference between the coefficient of thermal expansion of the insulating substrate 4 and the coefficient of thermal expansion of the outer casing 10 is absorbed, damage to the protection elements 1, 12, 50 is prevented. do. Further, in the protection elements 12 and 50, if a clearance is formed, the thermal path between the insulating substrate 4 and the first external electrode 2 is blocked, and the insulating substrate 4 and the second external electrode ( 3) The thermal path between them is blocked. Thereby, since heat is transmitted from the surface electrode 5 to the soluble conductor 6 more efficiently, the soluble conductor 6 is cut by melting quickly.

또, 제 1 외부 전극 (2) 과 절연 기판 (4) 사이에 클리어런스가 형성되어 있음과 함께, 제 2 외부 전극 (3) 과 절연 기판 (4) 사이에 클리어런스가 형성되어 있으면, 제 1 외부 전극 (2) 과 표면 전극 (5) 이 동일 평면 상에 늘어서지 않음과 함께, 제 2 외부 전극 (3) 과 표면 전극 (5) 이 동일 평면 상에 늘어서지 않는다. 이에 따라, 보호 소자 (1) 에서는, 용융 도체 (6a) 가 절연 기판 (4) 의 표면 (4a) 을 타고 제 1 외부 전극 (2) 및 제 2 외부 전극 (3) 과 접속되기 어려워지기 때문에, 높은 절연 저항을 유지할 수 있다.Further, when a clearance is formed between the first external electrode 2 and the insulating substrate 4 and a clearance is formed between the second external electrode 3 and the insulating substrate 4, the first external electrode (2) and the surface electrode 5 do not line up on the same plane, and the 2nd external electrode 3 and the surface electrode 5 do not line up on the same plane. Accordingly, in the protection element 1, the molten conductor 6a rides on the surface 4a of the insulating substrate 4, and it becomes difficult to connect with the first external electrode 2 and the second external electrode 3, High insulation resistance can be maintained.

여기서, 상기한 본 발명의 일 실시형태의 보호 소자를 사용하지 않는 경우의 문제점은, 이하와 같다.Here, the problems in the case of not using the protection element of one Embodiment of this invention mentioned above are as follows.

본 발명의 보호 소자 (1, 12, 50) 에 대한 비교예의 보호 소자 (100) 는, 도 11 에 나타내는 바와 같이, 제 1 외부 전극 (101) 과, 제 2 외부 전극 (102) 과, 제 1 외부 전극 (101) 과 제 2 외부 전극 (102) 사이에 배치 형성된 절연 기판 (103) 과, 절연 기판 (103) 의 표면에 배치 형성된 표면 전극 (104) 과, 1 쌍의 사이드 전극 (105a, 105b) 에 의해 지지된 가용 도체 (106) 를 구비하고 있다. 제 1 외부 전극 (101) 및 제 2 외부 전극 (102) 은, 외부 케이싱 (110) 에 의해 지지되고 있다.The protection element 100 of the comparative example with respect to the protection element 1, 12, 50 of this invention, as shown in FIG. 11, the 1st external electrode 101, the 2nd external electrode 102, and the 1st An insulating substrate 103 disposed between the external electrode 101 and the second external electrode 102, a surface electrode 104 disposed on the surface of the insulating substrate 103, and a pair of side electrodes 105a, 105b The soluble conductor 106 supported by ) is provided. The first external electrode 101 and the second external electrode 102 are supported by the external casing 110 .

보호 소자 (100) 는, 제 1 외부 전극 (101) 및 제 2 외부 전극 (102) 이 외부 회로에 접속됨으로써, 그 외부 회로의 전류 경로에 장착된다. 이 때문에, 가용 도체 (106) 는, 상기한 전류 경로의 일부를 구성한다. 정격을 초과하는 과전류가 가용 도체 (106) 에 흐르면, 그 가용 도체 (106) 가 자기 발열을 이용하여 용단되기 때문에, 전류 경로가 차단된다.The protection element 100 is attached to the current path of the external circuit by connecting the first external electrode 101 and the second external electrode 102 to the external circuit. For this reason, the soluble conductor 106 comprises a part of said electric current path|route. When an overcurrent exceeding the rating flows through the fusible conductor 106, the fusible conductor 106 is melted using self-heating, so that the current path is cut off.

또, 보호 소자 (100) 에서는, 통전에 따라 발열하는 발열체 (107) 가 절연 기판 (103) 상에 형성되어 있다. 발열체 (107) 는, W, Mo 및 Ru 등의 고융점 금속 중 어느 1 종류 또는 2 종류 이상을 포함하고 있으며, 유리 등의 절연층 (108) 에 의해 피복되어 있다. 표면 전극 (104) 은, 발열체 (107) 의 일단부와 전기적으로 접속되어 있음과 함께, 발열체 (107) 와 중첩되도록 절연층 (108) 의 표면 상에 배치 형성되어 있다. 또, 발열체 (107) 는, 도시되지 않은 발열체 전극과 접속되어 있고, 그 발열체 전극을 통해서 외부 회로와 접속되어 있다. 이에 따라, 발열체 (107) 에 대한 통전이 제어되고 있다. 보호 소자 (100) 에서는, 과전류 상태에 있어서 가용 도체 (106) 가 용단되는 경우 이외에도, 배터리 셀의 과전압 상태가 검출되면, 저항체에 의해 형성된 발열체 (107) 에 전류가 흐르기 때문에, 그 발열체 (107) 의 발열을 이용하여 가용 도체 (106) 가 용단된다.Moreover, in the protection element 100, the heat generating body 107 which heat|fever-generates by electricity supply is formed on the insulating substrate 103. As shown in FIG. The heat generating element 107 contains any one type or two or more types of high melting-point metals, such as W, Mo, and Ru, and is coat|covered with the insulating layer 108, such as glass. The surface electrode 104 is electrically connected to one end of the heat generating body 107 and is disposed and formed on the surface of the insulating layer 108 so as to overlap the heat generating body 107 . In addition, the heating element 107 is connected to a heating element electrode (not shown), and is connected to an external circuit through the heating element electrode. Thereby, electricity supply to the heat generating element 107 is controlled. In the protection element 100, when the overvoltage state of a battery cell is detected other than the case where the soluble conductor 106 is fused in an overcurrent state, since an electric current flows through the heating element 107 formed by the resistor, the heating element 107 The fusible conductor 106 is fused by using the heat of the

보호 소자 (100) 에서는, 대전류에 대응하기 위해서, 가용 도체 (106) 의 단면적을 증대시킴으로써, 그 가용 도체 (106) 의 저저항화가 도모되고 있다. 여기서, 대전류에 대응하기 위해서 가용 도체 (106) 의 단면적을 증대시키면, 발열체 (107) 의 발열을 이용하여 가용 도체 (106) 를 용단시키기 위해서 시간을 필요로 함과 함께, 용단시에 있어서 가용 도체 (106) 의 용융량이 많아지기 때문에, 그 가용 도체 (106) 를 안정되게 용단시킬 필요가 있다. 이 때문에, 보호 소자 (100) 에서는, 표면 전극 (104) 의 양측에 있어서의 절연 기판 (103) 의 표면에, 서로 이간되도록 사이드 전극 (105a, 105b) 이 배치 형성되어 있다. 땜납을 이용하여 가용 도체 (106) 가 사이드 전극 (105a, 105b) 에 접속되어 있는 경우에 있어서, 발열체 (107) 가 발열하면, 사이드 전극 (105a, 105b) 은, 발열체 (107) 에 있어서 발생한 열을 효율적으로 가용 도체 (106) 에 전달하기 때문에, 그 가용 도체 (106) 는, 신속하게 가열됨과 함께 용단된다. 사이드 전극 (105a, 105b) 은, 가용 도체 (106) 가 용융하면, 젖음성을 이용하여, 그 가용 도체 (106) 의 용융물 (용융 도체) 의 일부를 표면 전극 (104), 제 1 외부 전극 (101) 및 제 2 외부 전극 (102) 으로부터 이간되도록 유지한다. 이에 따라, 보호 소자 (100) 에서는, 제 1 외부 전극 (101) 과 제 2 외부 전극 (102) 사이의 전류 경로에 장착되어 있는 가용 도체 (106) 가 용단되기 쉬워진다.In the protection element 100, in order to respond to a large current, the low resistance of the soluble conductor 106 is aimed at by increasing the cross-sectional area of the soluble conductor 106. Here, when the cross-sectional area of the soluble conductor 106 is increased in order to respond to a large current, in order to cut the soluble conductor 106 by fusion using heat generation of the heat generating body 107, time is required, and a soluble conductor at the time of fusing Since the amount of melting of (106) increases, it is necessary to melt-cut the soluble conductor 106 stably. For this reason, in the protection element 100, on the surface of the insulating substrate 103 in both sides of the surface electrode 104, side electrode 105a, 105b is arrange|positioned so that it may mutually be spaced apart. When the soluble conductor 106 is connected to the side electrodes 105a, 105b using solder, when the heat generating body 107 generates heat, the side electrodes 105a and 105b are the heat generated in the heat generating body 107. In order to transmit efficiently to the soluble conductor 106, the soluble conductor 106 is melted while being heated quickly. When the soluble conductor 106 melts, the side electrodes 105a and 105b will use wettability to transfer a part of the melt (melted conductor) of the soluble conductor 106 to the surface electrode 104 and the first external electrode 101 . ) and the second external electrode 102 to keep it spaced apart. Accordingly, in the protection element 100 , the soluble conductor 106 attached to the current path between the first external electrode 101 and the second external electrode 102 is easily cut by melting.

그러나, 보호 소자 (100) 에서는, 절연 기판 (103) 의 표면 상의 한정된 스페이스에 표면 전극 (104) 및 1 쌍의 사이드 전극 (105a, 105b) 이 배치되어 있기 때문에, 표면 전극 (104) 과 1 쌍의 사이드 전극 (105a, 105b) 의 거리가 작아진다. 이에 따라, 가용 도체 (106) 의 용단 후에 있어서, 용융 도체가 제 1 외부 전극 (101) 및 제 2 외부 전극 (102) 과 접속되기 쉬워지기 때문에, 절연 저항을 확보할 수 없을 우려가 있다.However, in the protection element 100, since the surface electrode 104 and a pair of side electrodes 105a, 105b are arrange|positioned in the limited space on the surface of the insulated substrate 103, the surface electrode 104 and a pair The distance between the side electrodes 105a and 105b of Thereby, after melting of the soluble conductor 106, since a molten conductor becomes easy to connect with the 1st external electrode 101 and the 2nd external electrode 102, there exists a possibility that insulation resistance cannot be ensured.

또, 절연 기판 (103) 으로는, 내열 충격성이 우수함과 함께 열 전도성도 우수한 세라믹 기판이 적합하게 사용된다. 이 경우에는, 가용 도체 (106) 의 열 팽창 계수와 절연 기판 (103) 의 열 팽창 계수의 차가 크기 때문에, 고온 환경과 저온 환경에 반복해서 보호 소자 (100) 가 놓여지면, 표면 전극 (104) 과 1 쌍의 사이드 전극 (105a, 105b) 사이에 있어서, 열 팽창 계수의 차에 기인한 왜곡이 가용 도체 (106) 에 축적된다. 이에 따라, 저항값에 편차가 발생하기 때문에, 보호 소자 (100) 의 고(高)정격을 유지하는 것이 곤란해질 우려도 있다. 또한, 상기한 왜곡에 기인하여, 가용 도체 (106) 및 사이드 전극 (105a, 105b) 에 크랙 및 박리 등이 발생할 우려도 있다. 이와 같은 경향은, 보호 소자 (100) 의 정격을 향상시키기 위해서 가용 도체 (106) 를 대형화할수록 현저해진다.Moreover, as the insulating substrate 103, while being excellent in thermal shock resistance, the ceramic substrate excellent also in thermal conductivity is used suitably. In this case, since the difference between the coefficient of thermal expansion of the soluble conductor 106 and the coefficient of thermal expansion of the insulating substrate 103 is large, if the protection element 100 is repeatedly placed in a high temperature environment and a low temperature environment, the surface electrode 104 And between a pair of side electrodes 105a, 105b WHEREIN: The distortion resulting from the difference of a thermal expansion coefficient accumulates in the soluble conductor 106. There is also a possibility that it may become difficult to maintain the high rating of the protection element 100 in order to generate|occur|produce dispersion|variation in resistance value by this. Moreover, it originates in said distortion, and there exists a possibility that a crack, peeling, etc. may generate|occur|produce in the soluble conductor 106 and the side electrodes 105a, 105b. In order to improve the rating of the protection element 100, such a tendency becomes remarkable, so that the soluble conductor 106 is enlarged.

실시예Example

이어서, 본 발명의 실시예에 대하여 설명한다. 본 실시예에서는, 가용 도체 (6) 가 절연 기판 (4) 상에 있어서 표면 전극 (5) 에 의해서만 지지된 보호 소자 (1) (실시예:도 1 참조) 와, 가용 도체 (106) 가 절연 기판 (103) 상에 있어서 표면 전극 (104) 및 1 쌍의 사이드 전극 (105a, 105b) 에 의해 지지된 보호 소자 (100) (비교예:도 11 참조) 를 준비한 후, 전류 차단시에 있어서의 절연성과, 발열체 (11, 107) 의 발열을 이용한 용단 특성과, 온도 사이클 시험시의 신뢰성을 평가하였다.Next, an embodiment of the present invention will be described. In this Example, the protective element 1 (Example: see FIG. 1) in which the soluble conductor 6 was supported only by the surface electrode 5 on the insulated substrate 4, and the soluble conductor 106 is insulated After preparing the protection element 100 (comparative example: see FIG. 11) supported by the surface electrode 104 and a pair of side electrodes 105a, 105b on the board|substrate 103, at the time of current interruption Insulation, fusing characteristics using heat generated by the heating elements 11 and 107, and reliability during the temperature cycle test were evaluated.

실시예의 보호 소자 (1) 및 비교예의 보호 소자 (100) 에서는, 절연 기판 (4, 103) 으로서, 이면에 발열체 (11, 107) 가 형성된 세라믹 기판 (열 팽창 계수 = 7 ppm/℃) 을 사용하였다. 또, 제 1 외부 전극 (2, 101) 및 제 2 외부 전극 (3, 102) 에 전기적으로 접속되는 가용 도체 (6, 106) 로서, Ag 도금 처리 (두께 = 6 ㎛) 가 실시된 Sn-Ag-Cu 계 금속박 (두께 = 0.35 ㎜, 폭 = 5.4 ㎜, 열 팽창 계수 = 22 ppm/℃) 을 사용하였다. 가용 도체 (6, 106) 와 제 1 외부 전극 (2, 101) 및 제 2 외부 전극 (3, 102) 은, 땜납을 통해서 접속되었다. 또, 제 1 외부 전극 (2, 101) 및 제 2 외부 전극 (3, 102) 은, PPS 제 외부 케이싱 (10, 110) (열 팽창 계수 = 20 ppm/℃) 에 의해 지지되었다.In the protection element 1 of the Example and the protection element 100 of the comparative example, as the insulating substrates 4 and 103, a ceramic substrate (coefficient of thermal expansion = 7 ppm/° C.) in which the heating elements 11 and 107 were formed on the back surface were used. did Moreover, as the soluble conductors 6 and 106 electrically connected to the 1st external electrodes 2, 101 and the 2nd external electrodes 3, 102, Ag plating process (thickness = 6 micrometers) was given Sn-Ag. -Cu-based metal foil (thickness = 0.35 mm, width = 5.4 mm, coefficient of thermal expansion = 22 ppm/°C) was used. The soluble conductors 6 and 106 and the first external electrodes 2 and 101 and the second external electrodes 3 and 102 were connected via solder. Further, the first external electrodes 2, 101 and the second external electrodes 3, 102 were supported by the PPS external casings 10, 110 (coefficient of thermal expansion = 20 ppm/°C).

실시예의 보호 소자 (1) 및 비교예의 보호 소자 (100) 에 대해, 190 A, 35 V 의 조건으로 통전시킴으로써, 자기 발열을 이용하여 가용 도체 (6, 106) 를 용단 시켰다. 용단 시간은, 실시예의 보호 소자 (1) 및 비교예의 보호 소자 (100) 중 어느 것에 있어서도, 약 5 초였다. 용단 후, 제 1 외부 전극 (2, 101) 과 제 2 외부 전극 (3, 102) 사이의 절연 저항값을 측정함으로써, 106 Ω 이상의 절연 저항이 확보되어 있는지 여부를 확인하였다. 측정 결과를 표 1 에 나타낸다.With respect to the protection element 1 of an Example and the protection element 100 of a comparative example, the soluble conductors 6 and 106 were melt-cut using self-heating by energizing on the conditions of 190A and 35V. The melting time was about 5 seconds in any of the protection element 1 of an Example and the protection element 100 of a comparative example. After cutting, by measuring the insulation resistance value between the first external electrodes 2 and 101 and the second external electrodes 3 and 102 , it was confirmed whether insulation resistance of 10 6 Ω or more was ensured. Table 1 shows the measurement results.

Figure 112016106533515-pct00001
Figure 112016106533515-pct00001

표 1 에 나타내는 바와 같이, 실시예의 보호 소자 (1) 에서는, 16 개의 샘플 모두에 있어서, 106 Ω 이상의 절연 저항이 확보되어 있다. 한편, 비교예의 보호 소자 (100) 에서는, 전체 8 개의 샘플 중, 3 개의 샘플에 있어서 절연 저항값이 106 Ω 미만이 되었다. 비교예의 보호 소자 (100) 에서는, 사이드 전극 (105a, 105b) 이 형성되어 있음으로써, 제 1 외부 전극 (101), 제 2 외부 전극 (102), 사이드 전극 (105a, 105b) 및 표면 전극 (104) 의 각각의 위치가 서로 가깝기 때문에, 아크 방전시에 비산된 용융 도체에 기인하여 단락이 발생하기 쉬워졌던 것이 원인으로 생각된다. 이에 대해, 가용 도체 (6) 가 절연 기판 (4) 상에 있어서 표면 전극 (5) 에 의해서만 지지되고 있는 실시예의 보호 소자 (1) 는, 상기한 단락이 잘 발생하지 않기 때문에, 높은 절연 저항을 유지하기 위해서 유효하다.As shown in Table 1, in the protection element 1 of an Example, in all 16 samples, the insulation resistance of 10 6 ohms or more is ensured. On the other hand, in the protection element 100 of a comparative example, the insulation resistance value became less than 10 6 ohms in three samples among all eight samples. In the protection element 100 of a comparative example, the 1st external electrode 101, the 2nd external electrode 102, the side electrodes 105a, 105b, and the surface electrode 104 are formed by the side electrodes 105a, 105b being formed. ) is close to each other, so it is considered to be the cause that a short circuit occurred easily due to the molten conductor scattered during arc discharge. On the other hand, in the protection element 1 of the Example in which the soluble conductor 6 is supported only by the surface electrode 5 on the insulating substrate 4, since said short circuit does not generate|occur|produce easily, high insulation resistance valid to keep

또, 실시예의 보호 소자 (1) 및 비교예의 보호 소자 (100) 에 있어서, 발열체 (11, 107) 를 통전 및 발열시킴으로써 가용 도체 (6, 106) 를 용단시킨 결과, 실시예의 보호 소자 (1) 및 비교예의 보호 소자 (100) 중 어느 것에 있어서도, 인가 전력이 30 W 의 조건에 있어서 용단 시간이 약 10 초, 인가 전력이 90 W 의 조건에 있어서 용단 시간이 약 1.5 초였다. 즉, 사이드 전극 (105a, 105b) 을 구비하고 있지 않은 실시예의 보호 소자 (1) 는, 사이드 전극 (105a, 105b) 을 구비하고 있는 비교예의 보호 소자 (100) 와 마찬가지로, 넓은 동작 전력 범위에서 신속하게 가용 도체 (6) 를 용단시킬 수 있었다.Moreover, in the protection element 1 of an Example and the protection element 100 of a comparative example, as a result of cutting the soluble conductors 6 and 106 by energizing and heat-generating the heating elements 11 and 107, the protection element 1 of an Example And in any of the protection element 100 of a comparative example, the fusing time was about 10 second under the condition of 30 W of applied power, and the fusing time was about 1.5 second under the condition of 90 W of applied power. That is, the protection element 1 of the embodiment not provided with the side electrodes 105a and 105b is fast in a wide operating power range, similarly to the protection element 100 of the comparative example provided with the side electrodes 105a and 105b. The soluble conductor 6 could be cut by melting.

이어서, 실시예의 보호 소자 (1) 및 비교예의 보호 소자 (100) 를 사용하여 온도 사이클 시험을 실시함으로써, 초기의 도통 저항값과, 온도 사이클 시험 후의 도통 저항값을 측정하였다. 측정 결과를 표 2 에 나타낸다. 온도 사이클 시험에서는, ―40 ℃ (30 min) 와 100 ℃ (30 min) 사이에 있어서 온도를 변화시킴과 함께, 사이클 수를 300 사이클로 하였다.Next, by performing a temperature cycle test using the protection element 1 of an Example and the protection element 100 of a comparative example, the conduction resistance value of an initial stage and the conduction resistance value after a temperature cycle test were measured. Table 2 shows the measurement results. In the temperature cycle test, the number of cycles was set to 300 while changing the temperature between -40°C (30 min) and 100°C (30 min).

Figure 112016106533515-pct00002
Figure 112016106533515-pct00002

표 2 에 나타내는 바와 같이, 실시예의 보호 소자 (1) 에서는, 온도 사이클 시험 후에 있어서의 저항값의 상승률이 1.4 % 로 억제되었던 것에 반해, 비교예의 보호 소자 (100) 에서는, 온도 사이클 시험 후에 있어서의 저항값의 상승률이 3.9 % 까지 높아졌다.As shown in Table 2, in the protection element 1 of the Example, while the rate of increase of the resistance value after the temperature cycle test was suppressed to 1.4%, in the protection element 100 of the comparative example, after the temperature cycle test The rate of increase of the resistance value increased to 3.9%.

비교예의 보호 소자 (100) 에서는, 가용 도체 (106) 가 사이드 전극 (105a, 105b) 및 표면 전극 (104) 에 의해 복수 지점에 있어서 절연 기판 (103) 에 고정되어 있다. 이 경우에는, 온도 사이클 시험을 실시하면, 절연 기판 (103) 의 열 팽창 계수와 가용 도체 (106) 의 열 팽창 계수의 차에 기인하여 응력이 반복해서 발생하기 때문에, 가용 도체 (106) 를 절연 기판 (103) 에 고정시키고 있는 사이드 전극 (105a, 105b) 과 표면 전극 (104) 사이에 왜곡이 발생한다. 이에 따라, 가용 도체 (106) 의 변형에 기인하여 저항값이 변동하기 때문에, 정격의 유지 및 속용단성 등에 관해서 신뢰성이 저하되었다.In the protection element 100 of a comparative example, the soluble conductor 106 is being fixed to the insulating board|substrate 103 by the side electrode 105a, 105b and the surface electrode 104 at several points. In this case, when a temperature cycle test is performed, since stress will generate|occur|produce repeatedly due to the difference of the thermal expansion coefficient of the insulated substrate 103, and the thermal expansion coefficient of the soluble conductor 106, the soluble conductor 106 is insulated. Distortion occurs between the side electrodes 105a and 105b fixed to the substrate 103 and the surface electrode 104 . Thereby, since the resistance value fluctuates due to the deformation|transformation of the soluble conductor 106, reliability fell regarding maintenance of a rating, quick-melting-breaking property, etc.

한편, 실시예의 보호 소자 (1) 에서는, 가용 도체 (6) 가 표면 전극 (5) 에 의해 1 개 지점에 있어서 절연 기판 (4) 에 고정되어 있기 때문에, 상기한 왜곡의 발생이 억제된다. 또, 제 1 외부 전극 (2) 및 제 2 외부 전극 (3) 을 지지하는 외부 케이싱 (10) 의 열 팽창 계수와 가용 도체 (6) 의 열 팽창 계수의 차가 작기 때문에, 제 1 외부 전극 (2) 및 제 2 외부 전극 (3) 과 표면 전극 (5) 의 사이에 왜곡은 거의 발생하지 않는다. 따라서, 가용 도체 (6) 가 절연 기판 (4) 상에 있어서 표면 전극 (5) 에 의해서만 지지된 구성을 채용함으로써, 보호 소자 (1) 가 다양한 온도 환경하에 노출된 경우에 있어서도, 고정격의 유지 및 속용단성에 관해서 신뢰성이 확보되었다.On the other hand, in the protection element 1 of an Example, since the soluble conductor 6 is being fixed to the insulated substrate 4 by the surface electrode 5 at one point, generation|occurrence|production of said distortion is suppressed. Further, since the difference between the coefficient of thermal expansion of the outer casing 10 supporting the first external electrode 2 and the second external electrode 3 and the coefficient of thermal expansion of the soluble conductor 6 is small, the first external electrode 2 ) and little distortion occurs between the second external electrode 3 and the surface electrode 5 . Therefore, even when the protective element 1 is exposed to various temperature environments by employ|adopting the structure in which the soluble conductor 6 was supported only by the surface electrode 5 on the insulated substrate 4, maintenance of a fixed rating and reliability with respect to rapid melting and breaking.

본 출원은, 일본 특허청에 있어서 2014년 5월 30일에 출원된 일본 특허출원번호 제2014-112811호를 기초로 하여 우선권을 주장하는 것이며, 이 출원의 모든 내용을 참조에 의해 본 출원에 원용한다.This application claims priority on the basis of Japanese Patent Application No. 2014-112811 for which it applied to Japan Patent Office on May 30, 2014, All content of this application is used for this application by reference. .

당업자라면, 설계상의 요건이나 다른 요인에 따라, 여러 가지 수정, 콤비네이션, 서브 콤비네이션, 및 변경을 상도할 수 있지만, 그것들은 첨부된 청구범위의 취지나 그 균등물의 범위에 포함되는 것인 것이 이해된다.Various modifications, combinations, sub-combinations, and changes can be envisaged by those skilled in the art according to design requirements or other factors, but it is understood that they are included within the spirit of the appended claims and their equivalents. .

1 : 보호 소자
2 : 제 1 외부 전극
3 : 제 2 외부 전극
4 : 절연 기판
4a : 표면
4b : 이면
5 : 표면 전극
6 : 가용 도체
7 : 접속 재료
10 : 외부 케이싱
11 : 발열체
12 : 보호 소자
13 : 절연층
15 : 제 3 외부 접속 전극
30 : 배터리 팩
31 ∼ 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
50 : 보호 소자
51 : 흡인공
52 : 도전층
53 : 이면 전극
55 : 예비 땜납
1: protection element
2: first external electrode
3: second external electrode
4: Insulation substrate
4a: surface
4b: back side
5: surface electrode
6: fusible conductor
7: connection material
10: outer casing
11: heating element
12: protection element
13: insulating layer
15: third external connection electrode
30: battery pack
31 to 34: battery cell
35: battery stack
36: detection circuit
37: current control element
40: charge and discharge control circuit
41, 42: current control element
43: control unit
45: charging device
50: protection element
51: suction hole
52: conductive layer
53: back electrode
55: spare solder

Claims (8)

제 1 외부 전극과,
제 2 외부 전극과,
상기 제 1 외부 전극과 상기 제 2 외부 전극의 사이에 배치 형성된 절연 기판과,
상기 절연 기판의 표면에 배치 형성된 표면 전극과,
상기 제 1 외부 전극 및 상기 제 2 외부 전극의 각각에 전기적으로 접속됨과 함께, 상기 절연 기판의 표면 상에 있어서 상기 표면 전극에 의해서만 지지된 가용 도체와,
상기 제 1 외부 전극 및 상기 제 2 외부 전극의 각각을 지지하는 외부 케이싱을 구비한, 보호 소자.
a first external electrode;
a second external electrode;
an insulating substrate disposed between the first external electrode and the second external electrode;
a surface electrode disposed and formed on the surface of the insulating substrate;
a soluble conductor electrically connected to each of the first external electrode and the second external electrode and supported only by the surface electrode on the surface of the insulating substrate;
and an outer casing supporting each of the first external electrode and the second external electrode.
제 1 항에 있어서,
상기 외부 케이싱은,
상기 가용 도체의 열 팽창 계수와 동일한 열 팽창 계수를 갖고,
또는, 상기 가용 도체의 열 팽창 계수에 근사하는 열 팽창 계수를 갖는, 보호 소자.
The method of claim 1,
The outer casing is
has a coefficient of thermal expansion equal to that of the fusible conductor,
Or it has a thermal expansion coefficient approximated to the thermal expansion coefficient of the said soluble conductor, The protection element.
제 1 항에 있어서,
상기 표면 전극은, 상기 절연 기판의 표면의 중앙부에 형성되어 있는, 보호 소자.
The method of claim 1,
The said surface electrode is formed in the center part of the surface of the said insulating substrate, The protection element.
제 1 항에 있어서,
상기 절연 기판 상 또는 상기 절연 기판의 내부에 배치 형성된 발열체를 구비한, 보호 소자.
The method of claim 1,
A protection element provided with a heating element disposed and formed on the insulating substrate or inside the insulating substrate.
제 1 항에 있어서,
상기 절연 기판은, 두께 방향으로 1 개 이상의 흡인공을 갖고,
상기 1 개 이상의 흡인공은, 상기 가용 도체의 용융물인 용융 도체를 흡인하는, 보호 소자.
The method of claim 1,
The insulating substrate has one or more suction holes in the thickness direction,
The said 1 or more suction hole attract|sucks the molten conductor which is a melt|molten material of the said soluble conductor, The protection element.
제 1 항에 있어서,
상기 제 1 외부 전극과 상기 절연 기판이 서로 이간되어 있음과 함께, 상기 제 2 외부 전극과 상기 절연 기판이 서로 이간되어 있는, 보호 소자.
The method of claim 1,
The protection element, wherein the first external electrode and the insulating substrate are spaced apart from each other and the second external electrode and the insulating substrate are spaced apart from each other.
1 개 이상의 배터리 셀과,
상기 1 개 이상의 배터리 셀에 흐르는 전류를 차단 가능해지도록, 그 1 개 이상의 배터리 셀에 접속된 보호 소자와,
상기 1 개 이상의 배터리 셀의 각각의 전압값을 검출함과 함께 상기 보호 소자를 가열하기 위한 전류를 제어하는 전류 제어 소자를 구비하고,
상기 보호 소자는,
제 1 외부 전극과,
제 2 외부 전극과,
상기 제 1 외부 전극과 상기 제 2 외부 전극의 사이에 배치 형성된 절연 기판과,
상기 절연 기판의 표면에 배치 형성된 표면 전극과,
상기 제 1 외부 전극 및 상기 제 2 외부 전극의 각각에 전기적으로 접속됨과 함께, 상기 절연 기판의 표면 상에 있어서 상기 표면 전극에 의해서만 지지된 가용 도체와,
상기 제 1 외부 전극 및 상기 제 2 외부 전극의 각각을 지지하는 외부 케이싱을 구비한, 배터리 팩.
one or more battery cells;
a protection element connected to the one or more battery cells so as to be able to block the current flowing in the one or more battery cells;
a current control element for controlling a current for heating the protection element while detecting a voltage value of each of the one or more battery cells;
The protection element is
a first external electrode;
a second external electrode;
an insulating substrate disposed between the first external electrode and the second external electrode;
a surface electrode disposed and formed on the surface of the insulating substrate;
a soluble conductor electrically connected to each of the first external electrode and the second external electrode and supported only by the surface electrode on the surface of the insulating substrate;
and an outer casing supporting each of the first external electrode and the second external electrode.
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