KR102391560B1 - Protective element and battery pack - Google Patents
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Abstract
보호 소자는, 절연 기판과, 절연 기판 상에 배치 형성된 복수의 발열체와, 복수의 발열체의 각각과 전기적으로 접속된 발열체 인출 전극과, 발열체 인출 전극에 의해 지지된 가용 도체를 구비한다.A protection element is equipped with the soluble conductor supported by the insulating substrate, the some heat generating body arrange|positioned on the insulating substrate, the heat generating body drawing electrode electrically connected to each of the some heat generating body, and the heat generating body drawing electrode.
Description
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 안된다. 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, 2 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 on the protection circuit for such a lithium ion secondary battery etc., the protection element provided with a heat generating body is used as
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, 전력 밀도를 낮추지 않고 속용단성 (速溶斷性) 을 유지함과 함께, 절연 기판에 대한 열 충격을 완화함으로써, 안정된 발열 동작을 실현할 수 있는 보호 소자 및 배터리 팩을 제공하는 것이 요망되고 있다.Therefore, even when a large soluble conductor is used in order to cope with a large current, it is possible to realize stable heat generation operation by maintaining fast melting and breaking properties without lowering the power density and alleviating the thermal shock to the insulated substrate. It is desirable to provide a protection element and a battery pack.
본 발명의 일 실시형태에 있어서의 보호 소자는, 절연 기판과, 그 절연 기판 상에 배치 형성된 복수의 발열체와, 그 복수의 발열체의 각각과 전기적으로 접속된 발열체 인출 전극과, 그 발열체 인출 전극에 의해 지지된 가용 도체를 구비한 것이다.The protection element in one embodiment of the present invention includes an insulating substrate, a plurality of heating elements disposed and formed on the insulating substrate, a heating element extraction electrode electrically connected to each of the plurality of heating elements, and the heating element extraction electrode. It is provided with a soluble conductor supported by
또, 본 발명의 일 실시형태에 있어서의 배터리 팩은, 1 개 이상의 배터리 셀과, 그 1 개 이상 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, 절연 기판과, 그 절연 기판 상에 배치 형성된 복수의 발열체와, 그 복수의 발열체의 각각과 전기적으로 접속된 발열체 인출 전극과, 그 발열체 인출 전극에 의해 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. This protection element comprises an insulating substrate, a plurality of heating elements arranged and formed on the insulating substrate, a heating element drawing electrode electrically connected to each of the plurality of heating elements, and a soluble conductor supported by the heating element extraction electrode. .
본 발명의 일 실시형태에 있어서의 보호 소자 및 배터리 팩에 의하면, 발열체 인출 전극이 복수의 발열체의 각각과 전기적으로 접속되어 있음과 함께, 그 발열체 인출 전극에 의해 가용 도체가 지지되고 있다. 이 경우에는, 발열체가 복수로 분할되어 있기 때문에, 발열체가 복수로 분할되어 있지 않은 경우와 동등한 발열량을 유지하면서, 발열에 기인한 절연 기판에 대한 열 충격이 완화된다. 즉, 발열체가 복수로 분할됨으로써, 절연 기판의 열 분포에 있어서 확산 피크가 내려가기 때문에, 절연 기판에 대한 열 충격이 완화된다. 한편으로, 발열체가 분할되어도 전체 발열량은 동등하게 유지되기 때문에, 가용 도체의 용단에 필요로 하는 시간이 길어지지 않는다. 따라서, 대전류 용량에 대응하기 위해서 가용 도체를 대형화함과 함께, 발열체의 전력을 증대시킨 경우에도, 절연 기판이 균열되는 것을 억제하면서, 안정된 발열 동작을 실현할 수 있다.According to the protection element and battery pack in one Embodiment of this invention, while a heat generating body extraction electrode is electrically connected with each of a some heat generating body, a soluble conductor is supported by the heat generating body drawing electrode. In this case, since the heat generating element is divided into plural, the thermal shock to the insulating substrate due to heat generation is alleviated while maintaining the same amount of heat generated when the heat generating element is not divided into plural. That is, when a heat generating element is divided|segmented into plurality, since a diffusion peak falls in the heat distribution of an insulated substrate, the thermal shock to an insulated substrate is relieve|moderated. On the other hand, even if a heat generating body is divided|segmented, since the total calorific value is maintained equally, the time required for melting and cutting of a soluble conductor does not become long. Therefore, stable heat generation operation can be realized, suppressing cracking of an insulated substrate, even when a soluble conductor is enlarged in order to respond to large current capacity and the electric power of a heat generating body is increased.
도 1 은, 본 발명의 일 실시형태의 보호 소자를 나타내는 단면도이다.
도 2 는, 본 발명의 일 실시형태의 보호 소자를 나타내는 평면도이다.
도 3 은, 과전류에 수반하는 자기 발열을 이용하여 가용 도체가 용단된 보호 소자를 나타내는 단면도이다.
도 4 는, 발열체의 발열을 이용하여 가용 도체가 용단된 보호 소자를 나타내는 단면도이다.
도 5 는, 본 발명의 일 실시형태에 있어서의 다른 보호 소자를 나타내는 단면도이다.
도 6 은, 본 발명의 일 실시형태에 있어서의 다른 보호 소자를 나타내는 단면도이다.
도 7 은, 본 발명의 일 실시형태에 있어서의 다른 보호 소자를 나타내는 단면도이다.
도 8 은, 본 발명의 일 실시형태의 보호 소자가 적용된 배터리 팩의 회로 구성의 일례를 나타내는 도면이다.
도 9 는, 본 발명의 일 실시형태에 있어서의 보호 소자의 회로도이다.
도 10 은, 절연 기판에 흡인공이 형성된 보호 소자를 나타내는 단면도이다.
도 11 은, 절연 기판에 흡인공이 형성된 보호 소자를 나타내는 평면도이다.
도 12 는, 절연 기판에 흡인공이 형성된 보호 소자를 나타내는 단면도이며, 가용 도체의 용단 후의 상태를 나타내고 있다.
도 13 은, 비교예의 보호 소자를 나타내는 평면도이다.
도 14 는, 참고예의 보호 소자를 나타내는 단면도이다.
도 15 는, 참고예의 보호 소자를 나타내는 평면도이다.BRIEF DESCRIPTION OF THE DRAWINGS It is sectional drawing which shows the protection element of one Embodiment of this invention.
It is a top view which shows the protection element of one Embodiment of this invention.
3 : is sectional drawing which shows the protection element by which the soluble conductor was melted using the self-heating accompanying an overcurrent.
It is sectional drawing which shows the protection element by which the soluble conductor was cut by melting using the heat_generation|fever of a heat generating body.
5 : is sectional drawing which shows the other protection element in one Embodiment of this invention.
6 : is sectional drawing which shows the other protection element in one Embodiment of this invention.
7 : is sectional drawing which shows the other protection element in one Embodiment of this invention.
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.
It is a circuit diagram of the protection element in one Embodiment of this invention.
It is sectional drawing which shows the protection element in which the suction hole was formed in the insulated substrate.
11 : is a top view which shows the protection element in which the suction hole was formed in the insulated substrate.
12 : 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.
13 : is a top view which shows the protection element of a comparative example.
14 : is sectional drawing which shows the protection element of a reference example.
15 : is a top view which shows the protection element of a reference 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.
[제 1 실시예][First embodiment]
본 발명의 일 실시형태의 보호 소자 (1) 는, 도 1 및 도 2 에 나타내는 바와 같이, 절연 기판 (2) 과, 그 절연 기판 (2) 상에 배치 형성된 복수의 발열체 (3) 와, 그 복수의 발열체 (3) 의 각각과 전기적으로 접속된 발열체 인출 전극 (4) 과, 그 발열체 인출 전극 (4) 에 의해 지지된 가용 도체 (5) 를 구비한다. 또, 보호 소자 (1) 는, 제 1 전극 (11) 및 제 2 전극 (12) 을 구비하고, 절연 기판 (2) 은, 제 1 전극 (11) 과 제 2 전극 (12) 사이에 배치 형성되어 있다. 이 보호 소자 (1) 에서는, 가용 도체 (5) 의 일단부가 제 1 전극 (11) 상에 배치되어 있고, 그 일단부가 제 1 전극 (11) 과 전기적으로 접속되어 있음과 함께, 그 가용 도체 (5) 의 타단부가 제 2 전극 (12) 상에 배치되어 있고, 그 타단부가 제 2 전극 (12) 과 전기적으로 접속되어 있다.The
[제 1 전극 및 제 2 전극][First electrode and second electrode]
제 1 전극 (11) 및 제 2 전극 (12) 은, 보호 소자 (1) 를 외부 회로에 접속시키기 위한 접속 단자이며, 금속 등을 포함하고 있다. 제 1 전극 (11) 및 제 2 전극 (12) 의 각각은, 보호 소자 (1) 의 내부에 있어서, 땜납 등의 접속 재료 (7) 를 통해서 가용 도체 (5) 와 접속되어 있음과 함께, 그 가용 도체 (5) 를 통해서 서로 접속되어 있다. 이에 따라, 보호 소자 (1) 에서는, 제 1 전극 (11) 으로부터 가용 도체 (5) 를 경유하여 제 2 전극 (12) 에 이르는 전류 경로가 구성되어 있다. 이 전류 경로는, 제 1 전극 (11) 및 제 2 전극 (12) 이 외부 회로의 접속 단자와 접속됨으로써, 그 외부 회로에 일부로서 장착된다. 그리고, 보호 소자 (1) 에서는, 가용 도체 (5) 에 정격을 초과하는 과전류가 흐르면, 자기 발열을 이용하여 가용 도체 (5) 가 용융한다. 이에 따라, 도 3 에 나타내는 바와 같이, 가용 도체 (5) 와 제 1 전극 (11) 및 제 2 전극 (12) 중 일방과의 사이에서 가용 도체 (5) 가 용단되기 때문에, 외부 회로의 충방전 경로가 차단된다. 혹은, 보호 소자 (1) 에서는, 발열체 (3) 가 통전되면, 그 발열체 (3) 가 발열한다. 이에 따라, 도 4 에 나타내는 바와 같이, 가용 도체 (5) 가 용융하기 때문에, 제 1 전극 (11) 과 발열체 인출 전극 (4) 의 사이에서 가용 도체 (5) 가 용단됨과 함께, 제 2 전극 (12) 과 발열체 인출 전극 (4) 의 사이에서 가용 도체 (5) 가 용단된다. 따라서, 가용 도체 (5) 의 용융물인 용융 도체 (5a) 가 발열체 인출 전극 (4) 상에 응집하기 때문에, 외부 회로의 전류 경로가 차단된다.The
보호 소자 (1) 에서는, 제 1 전극 (11) 및 제 2 전극 (12) 은, 외부 케이싱 (10) 의 내부에서 외부로 도출되고 있음과 함께, 그 외부 케이싱 (10) 에 의해 지지되고 있다. 또, 보호 소자 (1) 에서는, 외부 케이싱 (10) 의 내부에 있어서의 중앙의 스페이스에 절연 기판 (2) 이 배치 형성되어 있기 때문에, 제 1 전극 (11) 및 제 2 전극 (12) 과 절연 기판 (2) 이 근접되어 있다.In the
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 전극 (11) 및 제 2 전극 (12) 과 일체가 되도록 성형되어도 된다.The
또한, 제 1 전극 (11) 및 제 2 전극 (12) 은, 절연 기판 (2) 에 근접된 절연 소재 상에 배치 형성되어도 된다. 이 절연 소재는, 예를 들어, 에폭시 수지 등을 포함한다. 또, 제 1 전극 (11) 및 제 2 전극 (12) 은, 도 5 에 나타내는 바와 같이, 인쇄법 등을 이용하여 고융점 금속 페이스트를 도포함으로써, 절연 기판 (2) 의 표면 (2a) 중, 대향하는 1 쌍의 측가장자리부에 형성되어도 된다.In addition, the
[절연 기판][Insulation Substrate]
절연 기판 (2) 은, 예를 들어, 알루미나, 유리 세라믹스, 멀라이트 및 지르코니아 등의 절연성을 갖는 재료 중 어느 1 종류 또는 2 종류 이상을 포함하고 있다. 그 외, 유리 에폭시 기판, 페놀 기판 등의 프린트 배선 기판에 이용되는 재료를 사용해도 되지만, 퓨즈 용단시의 온도에 유의할 필요가 있다.The insulating
[발열체][Heating element]
발열체 (3) 는, 절연 기판 (2) 의 표면 (2a) 에 배치 형성되어 있음과 함께, 절연 부재 (13) 에 의해 덮여 있다. 발열체 (3) 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 (2) 상에 스크린 인쇄 기술을 이용하여 소정의 패턴이 되도록 도포된 후, 그 페이스트가 소성 등이 됨으로써, 발열체 (3) 가 형성된다.The
보호 소자 (1) 에서는, 소정의 간격을 두고 복수의 발열체 (3) 가 병렬되어 있으며, 예를 들어, 도 1 에 나타내는 바와 같이, 2 개의 발열체 (3A, 3B) 가 형성되어 있다. 이와 같이, 보호 소자 (1) 에서는, 발열체 (3) 가 복수로 분할됨으로써, 발열체 (3) 가 복수로 분할되지 않는 경우와 동등한 발열량이 유지되면서, 발열에 기인한 절연 기판 (2) 에 대한 열 충격이 완화된다. 즉, 보호 소자 (1) 에서는, 발열체 (3) 가 복수로 분할됨으로써, 절연 기판 (2) 의 열 분포에 있어서 확산 피크가 내려가기 때문에, 절연 기판 (2) 에 대한 열 충격이 완화된다. 한편으로, 보호 소자 (1) 에서는, 발열체 (3) 가 분할되어도, 그 발열체 (3) 의 전체 발열량은 동등하게 유지되기 때문에, 가용 도체 (5) 의 용단에 필요로 하는 시간이 길어지지 않는다. 따라서, 보호 소자 (1) 에서는, 대전류 용량에 대응하기 위해서 가용 도체 (5) 를 대형화함과 함께, 발열체 (3) 의 전력을 증대시킨 경우에도, 절연 기판 (2) 이 균열되는 것을 억제하면서, 안정된 발열 동작을 실현할 수 있다.In the
도 2 에 나타내는 바와 같이, 가용 도체 (5) 는, 제 1 전극 (11) 으로부터 제 2 전극 (12) 을 향하는 방향으로 연장되어 있다. 발열체 (3A, 3B) 의 각각은, 가용 도체 (5) 의 연장 방향과 교차 (예를 들어, 직교) 하는 방향을 길이 방향으로 하는 사각형상의 평면 형상을 갖고 있다. 길이 방향에 있어서의 발열체 (3A, 3B) 의 각각의 일단부는, 발열체 접속 전극 (17a) 을 통해서, 절연 기판 (2) 의 표면 (2a) 에 배치 형성된 제 1 발열체 전극 (15) 과 접속되어 있음과 함께, 길이 방향에 있어서의 발열체 (3A, 3B) 의 각각의 타단부는, 발열체 접속 전극 (17b) 을 통해서, 절연 기판 (2) 의 표면 (2a) 에 배치 형성된 제 2 발열체 전극 (16) 과 접속되어 있다.As shown in FIG. 2 , the
제 1 발열체 전극 (15) 은, 복수의 발열체 (3) 의 각각의 일단부와 접속되어 있음과 함께, 발열체 인출 전극 (4) 과 접속되어 있다. 제 2 발열체 전극 (16) 은, 복수의 발열체 (3) 의 각각의 타단부와 접속되어 있음과 함께, 보호 소자 (1) 가 외부 회로에 접속될 때에 외부 접속 전극이 된다. 보호 소자 (1) 는, 제 2 발열체 전극 (16) 을 통해서 외부 회로와 접속됨으로써, 발열체 (3) 에 급전하기 위해서 외부 회로에 형성된 급전 경로에 장착된다.The 1st heat generating
제 1 발열체 전극 (15) 및 제 2 발열체 전극 (16) 은, 예를 들어, 고융점 금속 중 어느 1 종류 또는 2 종류 이상을 포함하고 있다. 이 고융점 금속은, 예를 들어, Ag, Cu 및 그들의 1 종류 이상을 주성분으로 한 합금 등이다. 이 고융점 금속과 수지 바인더 등의 혼합물을 포함하는 페이스트가 절연 기판 (2) 상에 스크린 인쇄 기술을 이용하여 소정의 패턴이 되도록 도포된 후, 그 페이스트가 소성 등이 됨으로써, 제 1 발열체 전극 (15) 및 제 2 발열체 전극 (16) 이 형성된다.The first
발열체 (3) 는, 제 1 발열체 전극 (15) 및 제 2 발열체 전극 (16) 이 통전됨으로써, 발열한다. 즉, 발열체 (3) 는, 길이 방향에 있어서 통전된다. 이에 따라, 길이 방향을 따라 발열체 (3) 가 균열된 경우에도, 제 1 발열체 전극 (15) 과 제 2 발열체 전극 (16) 의 사이에서 통전 경로가 잘 차단되지 않기 때문에, 발열체 (3) 에 대한 통전 및 발열체 (3) 에 의한 발열도 잘 정지되지 않는다. 한편, 후술하는 도 15 에 나타내는 바와 같이, 길이 방향과 직교하는 폭 방향에 있어서의 발열체 (3) 의 양측에 발열체 접속 전극이 형성되어 있기 때문에, 그 발열체 (3) 가 폭 방향으로 통전됨으로써 발열하는 경우에는, 길이 방향을 따라 발열체 (3) 가 균열되면, 제 1 발열체 전극 (15) 과 제 2 발열체 전극 (16) 의 사이에서 통전 경로가 차단되기 쉽기 때문에, 가용 도체 (5) 가 용단되기 전에 발열체 (3) 의 발열이 정지할 우려가 있다.The
절연 부재 (13) 는, 예를 들어, 유리를 포함하고 있다. 또한, 보호 소자 (1) 에서는, 발열체 (3) 에 있어서 발생한 열을 효율적으로 가용 도체 (5) 에 전달하기 위해서, 복수의 발열체 (3) 와 절연 기판 (2) 의 사이에도 절연 부재를 형성함으로써, 그 절연 기판 (2) 의 표면 (2a) 에 배치 형성된 절연 부재 (13) 의 내부에 발열체 (3) 를 형성하도록 해도 된다.The insulating
[발열체 인출 전극][Heating element extraction electrode]
발열체 인출 전극 (4) 은, 제 1 전극 (11) 및 제 2 전극 (12) 에 접속된 가용 도체 (5) 를 지지함과 함께, 발열체 (3) 에 대한 급전 경로를 구성한다. 이 발열체 인출 전극 (4) 은, 제 1 발열체 전극 (15) 과 접하는 인출부 (4a) 와, 절연 부재 (13) 상에 배치 형성됨과 함께 가용 도체 (5) 가 접속되는 접속부 (4b) 를 갖는다. 발열체 인출 전극 (4) 에서는, 접속부 (4b) 는, 제 1 전극 (11) 과 제 2 전극 (12) 사이에 배치 형성됨과 함께, 가용 도체 (5) 를 통해서 제 1 전극 (11) 및 제 2 전극 (12) 과 접속된다. 또, 발열체 인출 전극 (4) 은, 발열체 (3) 에 의해 가열됨과 함께, 발열체 (3) 에 있어서 발생한 열을 가용 도체 (5) 에 전달함으로써, 그 가용 도체 (5) 를 용단시킨다. 또한, 가용 도체 (5) 가 용융하면, 그 가용 도체 (5) 의 용융물 (용융 도체 (5a)) 이 응집됨과 함께, 제 1 전극 (11) 및 제 2 전극 (12) 이 분단됨으로써, 발열체 인출 전극 (4) 은, 제 1 전극 (11) 과 제 2 전극 (12) 사이의 전류 경로를 차단한다. 이 때, 발열체 인출 전극 (4) 은 발열체 (3) 에 의해 가열되기 때문에, 용융 도체 (5a) 가 응집하기 쉽게 한다.The heat generating
발열체 인출 전극 (4) 은, 접속부 (4b) 가 절연 부재 (13) 를 통해서 복수의 발열체 (3) 의 각각에 대해 부분적으로 중첩하도록 배치 형성되어 있다. 따라서, 발열체 인출 전극 (4) 에, 각 발열체 (3) 에 있어서 발생한 열이 절연 부재 (13) 를 통해서 효율적으로 전달되기 쉽기 때문에, 그 발열체 인출 전극 (4) 은, 신속하게 가용 도체 (5) 를 가열함과 함께, 신속하게 가용 도체 (5) 를 용융시킬 수 있다. 즉, 보호 소자 (1) 에서는, 복수의 발열체 (3) 가 각각 발열하면, 그 복수의 발열체 (3) 에 있어서 발생한 열이 절연 부재 (13) 및 그 절연 부재 (13) 상에 배치 형성된 발열체 인출 전극 (4) 을 통해서 가용 도체 (5) 에 전달되기 때문에, 그 가용 도체 (5) 가 가열된다. 이 때, 보호 소자 (1) 에서는, 분할 배치된 복수의 발열체 (3) 의 각각에 대해 부분적으로 중첩하도록 발열체 인출 전극 (4) 이 배치되어 있기 때문에, 발열체 (3) 에 있어서 발생한 열이 발열체 인출 전극 (4) 에 효율적으로 전달됨과 함께, 가용 도체 (5) 가 신속하게 용단된다. 또, 보호 소자 (1) 에서는, 발열체 (3) 에 있어서 발생한 열이 발열체 인출 전극 (4) 및 가용 도체 (5) 에 의해 전달되기 쉬워지기 때문에, 절연 기판 (2) 에 대한 열 충격이 완화됨과 함께, 절연 기판 (2) 및 발열체 (3) 가 잘 균열되지 않게 된다.The heat generating element lead-out
또한, 발열체 인출 전극 (4) 은, 도 1 에 나타내는 바와 같이, 발열체 (3A, 3B) 의 양방에 대해 부분적으로 중첩하고 있어도 되지만, 발열체 (3A, 3B) 중 일방에 대해서만 부분적으로 중첩하고 있어도 된다. 가용 도체 (5) 에 대한 열 전도 및 절연 기판 (2) 에 대한 열 충격의 완화 효과를 고려하면, 발열체 인출 전극 (4) 은, 발열체 (3A, 3B) 의 양방에 대해 부분적으로 중첩하고 있는 것이 바람직하다.In addition, as shown in FIG. 1, although the heat generating body lead-out
발열체 인출 전극 (4) 은, 예를 들어, 고융점 금속 중 어느 1 종류 또는 2 종류 이상을 포함하고 있다. 이 고융점 금속은, 예를 들어, Ag, Cu 및 그것들을 주성분으로 한 합금 등이다. 이 고융점 금속과 수지 바인더 등의 혼합물을 포함하는 페이스트가 절연 부재 (13) 상 및 제 1 발열체 전극 (15) 상에 스크린 인쇄 기술을 이용하여 소정의 패턴이 되도록 도포된 후, 그 페이스트가 소성 등이 됨으로써, 발열체 인출 전극 (4) 이 형성된다.The heat generating body lead-out
그리고, 발열체 인출 전극 (4) 은, 땜납 등의 접속 재료 (7) 를 통해서, 제 1 전극 (11) 및 제 2 전극 (12) 에 접속된 가용 도체 (5) 와 접속된다. 또, 발열체 인출 전극 (4) 에 의해 가열된 가용 도체 (5) 가 용융하면, 용융 도체 (5a) 가 응집하기 때문에, 제 1 전극 (11) 과 제 2 전극 (12) 사이의 전류 경로가 차단된다.And the heat generating
또한, 보호 소자 (1) 에서는, 도 1 에 나타내는 바와 같이, 발열체 (3A, 3B) 는, 절연 기판 (2) 의 중앙을 경계로 하여, 그 경계의 양측에 배치 형성됨과 함께, 발열체 인출 전극 (4) 은, 절연 기판 (2) 의 중앙 및 그 주변에 이르는 영역에 배치 형성되는 것이 바람직하다. 절연 기판 (2) 에서는, 외연부에 가까워질수록 방열에 기인한 냉각 효과가 높음과 함께, 그 외연부로부터 가장 먼 중앙부에 있어서 열이 달아나기 어려운 경향이 있다. 이 때문에, 절연 기판 (2) 의 중앙부에서는, 열 팽창에 기인한 응력이 커지기 때문에, 그 절연 기판 (2) 이 균열되기 쉽다. 따라서, 이 절연 기판 (2) 중, 중앙부를 피한 영역에 발열체 (3A, 3B) 가 배치 형성되어 있으면, 발열체 (3A, 3B) 에 있어서 발생한 열이 절연 기판 (2) 의 중앙부에 축적되었기 때문에, 열 팽창에 수반하는 응력에 기인하여 절연 기판 (2) 이 균열된 경우에도, 그 균열에 의한 영향이 발열체 (3A, 3B) 에 미치기 어려워진다.Further, in the
또, 발열체 인출 전극 (4) 이 절연 기판 (2) 의 중앙 및 그 주변에 이르는 영역에 배치 형성되어 있으면, 보호 소자 (1) 에서는, 발열체 (3A, 3B) 에 있어서 발생한 열은, 잘 방열되지 않는 절연 기판 (2) 의 중앙부에 집중하기 때문에, 그 열은, 절연 기판 (2) 전체에 분산되지 않고 효율적으로 가용 도체 (5) 에 전달된다. 이에 따라, 가용 도체 (5) 는, 효율적으로 가열된다. 동시에, 보호 소자 (1) 에서는, 발열체 (3A, 3B) 에 있어서 발생한 열이 절연 기판 (2) 의 중앙부에 집중하면, 그 열이 발열체 인출 전극 (4) 을 통해서 가용 도체 (5) 에 전달된다. 이에 따라, 발열체 (3A, 3B) 에 있어서 발생한 열은, 잘 방열되지 않는 경향이 있음과 함께 열 팽창에 수반하는 응력이 커지는 절연 기판 (2) 의 중앙부에 잘 축적되지 않기 때문에, 절연 기판 (2) 이 잘 균열되지 않게 된다.In addition, when the heat generating element lead-out
또, 제 2 발열체 전극 (16) 은, 복수의 발열체 (3) 의 각각의 타단측에 있어서, 그 복수의 발열체 (3) 의 각각에 대향하도록 배치 형성되어 있고, 절연 기판 (2) 은, 발열체 (3) 가 배치 형성되어 있지 않은 영역에 있어서, 땜납 등의 접합 재료를 사용하여, 제 2 발열체 전극 (16) 을 통해서 외부 회로의 단자부에 접속되어 있다. 이에 따라, 보호 소자 (1) 에서는, 발열체 (3) 가 배치 형성되어 있지 않은 영역에 있어서 절연 기판 (2) 이 고정되어 있기 때문에, 발열체 (3) 가 발열함으로써, 발열체 (3) 가 배치 형성되어 있지 않은 영역에 있어서 절연 기판 (2) 에 응력이 발생한다. 이에 따라, 절연 기판 (2) 이 균열해도, 그 균열의 발생 위치는, 발열체 (3) 가 배치 형성되어 있지 않은 영역으로 제어된다. 특히, 2 개의 발열체 (3A, 3B) 가 절연 기판 (2) 의 중앙을 경계로 하여 그 경계의 양측에 배치되어 있으면, 발열체 (3A, 3B) 에 있어서 발생한 열이 잘 방열되지 않는 절연 기판 (2) 의 중앙부에 집중함과 함께, 열 팽창에 수반하는 응력이 축적한 경우에는, 제 2 발열체 전극 (16) 이 고정점이 되기 때문에, 균열의 발생 위치가 발열체 (3A, 3B) 사이의 영역으로 제어되기 쉬워진다. 이에 따라, 절연 기판 (2) 이 균열된 경우에도, 발열체 (3A, 3B) 가 균열된 것에 기인하여 발열이 정지하는 사태는 방지된다.Moreover, in each other end side of the some
여기서, 도 1 및 도 2 에 나타낸 바와 같이, 도전층 (61) 이 내벽면에 형성된 스루홀 (20) (도전 스루홀) 을 절연 기판 (2) 에 형성함과 함께, 그 도전층 (61) 을 통해서 제 2 발열체 전극 (16) 과 전기적으로 접속된 접속 단자부 (62) 를 절연 기판 (2) 의 이면 (2b) 에 형성함으로써, 그 제 2 발열체 전극 (16) 이 접속 단자부 (62) 를 통해서 외부 회로의 단자부와 접속됨과 함께 고정되도록 해도 된다. 보호 소자 (1) 에서는, 절연 기판 (2) 의 고정점에 스루홀 (20) 이 형성됨으로써, 절연 기판 (2) 이 스루홀 (20) 을 기점으로 하여 균열되기 쉬워진다. 이에 따라, 발열체 (3A, 3B) 가 균열된 것에 기인하여 발열이 정지하는 사태는 방지된다. 또한, 도 3 이후에서는, 상기한 도전층 (61) 및 접속 단자부 (62) 의 도시를 생략하고 있다.Here, as shown in Figs. 1 and 2, a through hole 20 (conductive through hole) formed in the inner wall surface of the
또한, 제 2 발열체 전극 (16) 은, 절연 기판 (2) 의 표면 (2a) 에서 이면 (2b) 까지 배치 형성된 땜납 브리지를 이용하여, 외부 회로의 단자부와 접속됨과 함께 고정되어도 된다. 이 경우도, 보호 소자 (1) 에서는, 발열체 (3) 가 배치 형성되어 있지 않은 영역에 있어서 절연 기판 (2) 이 고정되어 있기 때문에, 균열의 발생 위치는, 발열체 (3) 가 배치 형성되어 있지 않은 영역에 제어된다.In addition, the 2nd
[가용 도체][Soluble Conductor]
가용 도체 (5) 는, 과전류 상태에 있어서 용융한다. 이 가용 도체 (5) 는, 용단 가능한 도전성 재료 중 어느 1 종류 또는 2 종류 이상을 포함하고 있다. 이 도전성 재료는, 예를 들어, SnAgCu 계의 Pb 프리 남땜 외에, BiPbSn 합금, BiPb 합금, BiSn 합금, SnPb 합금, PbIn 합금, ZnAl 합금, InSn 합금 및 PbAgSn 합금 등이다. 또한, 가용 도체 (5) 는, Ag, Cu 및 그들의 1 종류 이상을 주성분으로 한 합금 등의 고융점 금속과, 땜납 또는 Sn 을 주성분으로 하는 Pb 프리 땜납 등의 저융점 금속의 적층체여도 된다.The
이와 같은 가용 도체 (5) 는, 저융점 금속박에, 도금 기술을 이용하여 고융점 금속층을 성막함으로써 형성된다. 단, 가용 도체 (5) 는, 다른 주지의 적층 기술, 막 형성 기술을 이용하여 형성되어도 된다. 또한, 가용 도체 (5) 는, 고융점 금속층을 내층으로 하고, 저융점 금속층을 외층으로 해도 된다. 또, 가용 도체 (5) 는, 저융점 금속층과 고융점 금속층이 번갈아 적층된 4 층 이상의 다층 구조여도 된다. 이와 같이, 가용 도체 (5) 는, 다양한 구성이 되도록 형성 가능하다.Such a
또, 가용 도체 (5) 는, 소정의 정격 전류가 흐르고 있는 상태에서는 자기 발열하지 않기 때문에, 용단되지 않는다. 이에 대해, 가용 도체 (5) 는, 정격보다 높은 값의 전류가 흐르면, 자기 발열하기 때문에, 용융한다. 이에 따라, 제 1 전극 (11) 과 제 2 전극 (12) 사이의 전류 경로가 차단된다. 또, 가용 도체 (5) 는, 발열체 (3) 가 통전에 따라 발열하면, 그 발열체 (3) 에 의해 가열되기 때문에, 용단된다. 이에 따라, 제 1 전극 (11) 과 제 2 전극 (12) 사이의 전류 경로가 차단된다. 이 때, 가용 도체 (5) 에서는, 용융한 저융점 금속이 고융점 금속을 침식하기 때문에, 그 고융점 금속이 용융 온도보다 낮은 온도에서 용융한다. 따라서, 가용 도체 (5) 는, 저융점 금속에 의한 고융점 금속의 침식 작용을 이용하여, 단시간에 용단된다.Moreover, since the
또, 가용 도체 (5) 에서는, 내층이 되는 저융점 금속에 외층이 되는 고융점 금속이 적층되어 있음으로써, 고융점 금속으로 이루어지는 칩 퓨즈 등보다도 용단 온도가 대폭 저감된다. 따라서, 가용 도체 (5) 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, 속용단성이 우수하다.Moreover, in the
또, 가용 도체 (5) 에서는, 보호 소자 (1) 가 장착된 전기 회로에 이상하게 높은 전압이 순간적으로 인가되는 현상, 소위 서지에 대한 내성 (내펄스성) 이 향상된다. 즉, 가용 도체 (5) 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 (5) 가 외층으로서 저항값이 낮은 Ag 도금 등의 고융점 금속을 포함함으로써, 서지에 기인하여 인가된 전류가 흐르기 쉽기 때문에, 자기 발열에 기인한 가용 도체 (5) 의 용단이 방지된다. 따라서, 가용 도체 (5) 에서는, 저융점 금속이 고융점 금속에 의해 피복됨으로써, 땜납 합금으로 이루어지는 퓨즈에 비해, 대폭 서지에 대한 내성이 향상된다.Moreover, in the
또한, 가용 도체 (5) 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
[발열체][Heating element]
또, 도 6 에 나타내는 바와 같이, 보호 소자 (1) 에서는, 발열체 (3) 가 절연 기판 (2) 의 이면 (2b) 에 배치 형성되어도 된다. 발열체 (3) 는, 절연 기판 (2) 의 이면 (2b) 에 배치 형성됨과 함께, 그 이면 (2b) 에 있어서 절연 부재 (13) 에 의해 피복된다.Moreover, as shown in FIG. 6, in the
발열체 (3) 의 일단부는, 도시되지 않은 발열체 전극을 통해서, 발열체 인출 전극 (4) 및 발열체 인출 전극 (4) 상에 배치 형성된 가용 도체 (5) 와 전기적으로 접속되어 있다. 또, 발열체 (3) 의 타단부는, 제 2 발열체 전극 (16) 과 접속되어 있다.One end of the
또, 도 7 에 나타내는 바와 같이, 보호 소자 (1) 에서는, 발열체 (3) 가 절연 기판 (2) 의 내부에 배치 형성되어도 된다. 이 경우에 있어서, 발열체 (3) 는, 유리 등의 절연층에 의해 피복되지 않아도 된다. 또, 발열체 (3) 의 일단부는, 도시되지 않은 발열체 전극을 통해서, 발열체 인출 전극 (4) 및 발열체 인출 전극 (4) 상에 배치 형성된 가용 도체 (5) 와 전기적으로 접속되어 있다. 또, 발열체 (3) 의 타단부는, 제 2 발열체 전극 (16) 과 접속되어 있다.Moreover, as shown in FIG. 7, in the
[회로 구성][Circuit configuration]
보호 소자 (1) 는, 예를 들어, 배터리 팩에 장착되면, 과전류시에 있어서 가용 도체 (5) 가 자기 용단되기 때문에, 배터리 팩의 충방전 경로를 차단한다. 또, 보호 소자 (1) 는, 배터리 셀의 과전압에 따라 발열체 (3) 가 통전됨과 함께 발열하면, 그 발열체 (3) 에 의해 가열된 가용 도체 (5) 가 용단되기 때문에, 배터리 팩의 충방전 경로를 차단한다.When the
배터리 팩 (30) 은, 도 8 에 나타내는 바와 같이, 예를 들어, 합계 4 개의 리튬 이온 2 차 전지인 배터리 셀 (31 ∼ 34) 로 이루어지는 배터리 스택 (35) 을 구비한다.The
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 (1) (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 (1) 의 동작을 제어하는 스위치 소자인 전류 제어 소자 (37) 를 구비한다.The
배터리 스택 (35) 에서는, 과충전 상태 및 과방전 상태로부터 보호하기 위한 제어를 필요로 하는 배터리 셀 (31 ∼ 34) 이 직렬 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
충방전 제어 회로 (40) 는, 배터리 스택 (35) 으로부터 충전 장치 (45) 에 이르는 전류 경로에 직렬 접속된 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 있으며, 제어부 (43) 에 의해 게이트 전압이 제어되기 때문에, 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/
보호 소자 (1) 는, 예를 들어, 배터리 스택 (35) 과 충방전 제어 회로 (40) 사이의 충방전 전류 경로에 도입되고, 그 보호 소자 (1) 의 동작은, 전류 제어 소자 (37) 에 의해 제어된다.The
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
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 (1) 를 동작시킨다. 이에 따라, 배터리 스택 (35) 의 충방전 전류 경로는, 전류 제어 소자 (41, 42) 의 스위치 동작에 의하지 않고 차단된다.The
이상과 같은 구성을 갖는 배터리 팩 (30) 에 사용되는, 본 발명이 적용된 보호 소자 (1) 는, 도 9 에 나타내는 바와 같은 회로 구성을 갖는다. 즉, 보호 소자 (1) 에서는, 제 1 전극 (11) 이 배터리 스택 (35) 측과 접속되어 있음과 함께, 제 2 전극 (12) 이 정극 단자 (30a) 측과 접속되어 있다. 이에 따라, 가용 도체 (5) 가 배터리 스택 (35) 의 충방전 경로에 직렬로 도입된다. 또, 보호 소자 (1) 에서는, 발열체 (3) 가 제 2 발열체 전극 (16) 을 통해서 전류 제어 소자 (37) 와 접속되어 있음과 함께, 그 발열체 (3) 가 배터리 스택 (35) 의 개방단과 접속되어 있다. 이에 따라, 발열체 (3) 의 일단부는, 발열체 인출 전극 (4), 가용 도체 (5) 및 제 1 전극 (11) 을 통해서 배터리 스택 (35) 의 일방의 개방단과 접속되어 있다. 발열체 (3) 의 타단부는, 제 2 발열체 전극 (16) 을 통해서 전류 제어 소자 (37) 및 배터리 스택 (35) 의 타방의 개방단과 접속되어 있다. 이에 따라, 발열체 (3) 에 대한 급전 경로가 형성됨과 함께, 그 발열체 (3) 에 대한 통전은 전류 제어 소자 (37) 에 의해 제어된다.The
[보호 소자의 동작][Operation of protection element]
배터리 팩 (30) 에 정격을 초과하는 과전류가 흐르면, 보호 소자 (1) 에서는, 가용 도체 (5) 가 자기 발열함과 함께 용융하기 때문에, 배터리 팩 (30) 의 충방전 경로가 차단된다.Since the
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 (3) 가 통전되도록 전류를 제어한다. 보호 소자 (1) 에서는, 배터리 스택 (35) 으로부터, 제 1 전극 (11), 가용 도체 (5) 및 발열체 인출 전극 (4) 을 통해서 발열체 (3) 에 전류가 흐르기 때문에, 그 발열체 (3) 가 발열을 개시한다. 이에 따라, 보호 소자 (1) 에서는, 발열체 (3) 에 의해 가용 도체 (5) 가 가열되면, 그 가용 도체 (5) 가 용단되기 때문에, 배터리 스택 (35) 의 충방전 경로가 차단된다 (도 3).In addition, the
이 때, 과전압시에 있어서의 발열체 (3) 를 이용한 가용 도체 (5) 의 용단시에 있어서, 보호 소자 (1) 에서는, 발열체 (3) 가 복수로 분할되어 있기 때문에, 발열체 (3) 가 복수로 분할되어 있지 않은 경우와 동등한 발열량이 유지되면서, 발열에 기인한 절연 기판 (2) 에 대한 열 충격이 완화된다. 따라서, 보호 소자 (1) 에서는, 대전류 용량에 대응하기 위해서 가용 도체 (5) 를 대형화함과 함께, 발열체 (3) 의 전력을 증대시킨 경우에도, 가용 도체 (5) 의 용단에 필요로 하는 시간이 길어지지 않음과 함께, 절연 기판 (2) 이 잘 균열되지 않게 됨으로써, 안정된 발열 동작을 실현할 수 있다.At the time of melting of the
또, 보호 소자 (1) 에서는, 발열체 인출 전극 (4) 이 절연 부재 (13) 를 통해서 복수의 발열체 (3) 와 부분적으로 중첩하도록 배치 형성됨으로써, 각 발열체 (3) 에 있어서 발생한 열이 절연 부재 (13) 를 통해서 가용 도체 (5) 에 효율적으로 전달되기 때문에, 신속하게 가용 도체 (5) 를 가열함과 함께 용융시킬 수 있다. 또, 보호 소자 (1) 에서는, 발열체 (3) 에 있어서 발생한 열이 발열체 인출 전극 (4) 및 가용 도체 (5) 로 보다 전달되기 쉬워진다. 이에 따라, 절연 기판 (2) 에 대한 열 충격이 완화되기 때문에, 절연 기판 (2) 및 발열체 (3) 가 잘 균열되지 않게 된다.Moreover, in the
또, 보호 소자 (1) 에서는, 가용 도체 (5) 가 고융점 금속과 저융점 금속을 함유함으로써, 용융한 저융점 금속에 의한 고융점 금속의 용식 작용을 이용하여, 가용 도체 (5) 를 단시간에 용단시킬 수 있다.Moreover, in the
또한, 보호 소자 (1) 에서는, 가용 도체 (5) 가 용단됨으로써, 발열체 (3) 에 대한 급전 경로가 차단되기 때문에, 그 발열체 (3) 의 발열이 정지한다.Moreover, in the
본 발명의 일 실시형태의 보호 소자는, 리튬 이온 2 차 전지가 탑재된 배터리 팩에 이용하는 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 the case of use in a battery pack in which a lithium ion secondary battery is mounted, but can of course be applied to various uses requiring blocking of a current path according to an electrical signal.
[제 2 실시예][Second embodiment]
또, 본 발명이 적용된 일 실시형태의 보호 소자에서는, 도 10 에 나타내는 바와 같이, 발열체 인출 전극 (4), 절연 부재 (13) 및 절연 기판 (2) 을 관통하도록, 가용 도체 (5) 의 용융물인 용융 도체 (5a) 를 흡인하기 위한 흡인공 (51) 을 형성해도 된다. 또한, 이하의 설명에서는, 상기 서술한 보호 소자 (1) 와 동일한 부재에 대해서는 동일한 부호를 붙이고 있음과 함께, 그 동일한 부재에 대한 상세한 설명을 생략한다.Moreover, in the protection element of one Embodiment to which this invention was applied, as shown in FIG. 10, the melt of the
흡인공 (51) 이 형성된 보호 소자 (50) 에서는, 가용 도체 (5) 가 과전류에 수반하는 자기 발열을 이용하여 용융하고, 혹은 가용 도체 (5) 가 과전압에 수반하는 발열체 (3) 의 발열을 이용하여 용융하면, 모세관 현상을 이용하여 용융 도체 (5a) 가 흡인공 (51) 의 내부에 흡인되기 때문에, 그 용융 도체 (5a) 의 체적이 감소한다. 보호 소자 (50) 에서는, 대전류 용도에 대응하기 위해서 가용 도체 (5) 의 단면적을 증대시킴으로써, 용융량이 증대한 경우에도, 용융 도체 (5a) 가 흡인공 (51) 에 흡인되기 때문에, 그 용융 도체 (5a) 의 체적이 감소한다.In the
이에 따라, 보호 소자 (50) 에서는, 가용 도체 (5) 가 신속하게 용단되기 쉬워진다. 또, 보호 소자 (50) 에서는, 과전류에 수반하는 자기 발열을 이용한 가용 도체 (5) 의 용단시에 있어서 아크 방전이 발생해도, 그 아크 방전에 기인한 용융 도체 (5a) 의 비산이 경감된다. 이에 따라, 절연 저항의 저하가 방지됨과 함께, 가용 도체 (5) 의 주변의 회로로 용융 도체 (5a) 가 부착하는 것에 기인한 단락 고장이 방지된다.Thereby, in the
흡인공 (51) 의 내벽면에는, 도전층 (52) 이 형성되어 있다. 도전층 (52) 이 형성됨으로써, 흡인공 (51) 은 용융 도체 (5a) 를 흡인하기 쉬워진다. 도전층 (52) 은, 예를 들어, 도전성 재료 중 어느 1 종류 또는 2 종류 이상을 포함하고 있다. 이 도전성 재료는, 예를 들어, 구리, 은, 금, 철, 니켈, 팔라듐, 납, 주석 및 그것들을 주성분으로 한 합금 등이다. 흡인공 (51) 의 내벽면에, 전해 도금법 및 인쇄법 등의 공지된 방법을 이용하여 도전성 재료 (도전 페이스트) 를 성막함으로써, 도전층 (52) 이 형성된다.A
또, 흡인공 (51) 은, 절연 기판 (2) 의 두께 방향으로 연장되는 관통공인 것이 바람직하다. 이에 따라, 흡인공 (51) 에서는, 용융 도체 (5a) 가 절연 기판 (2) 의 이면 (2b) 에 도달할 때까지 흡인된다. 이에 따라, 보다 많은 용융 도체 (5a) 가 흡인되기 때문에, 가용 도체 (5) 가 용단된 장소에 있어서 용융 도체 (5a) 의 체적이 보다 감소한다. 또한, 흡인공 (51) 은, 비관통공이어도 된다.Moreover, it is preferable that the
또, 도 11 에 나타내는 바와 같이, 절연 기판 (2) 의 표면 (2a) 에 절연 부재 (13) 를 통해서 발열체 인출 전극 (4) 이 배치 형성되어 있고, 흡인공 (51) 은, 그 발열체 인출 전극 (4) 의 폭 방향에 있어서의 중앙 위치에 대응하는 위치에 형성되어 있다. 또한, 흡인공 (51) 의 수는, 복수여도 된다. 용융 도체 (5a) 를 흡인하는 경로가 늘어나기 때문에, 보다 많은 용융 도체 (5a) 가 흡인공 (51) 에 흡인된다. 이에 따라, 가용 도체 (5) 가 용단된 장소에 있어서, 용융 도체 (5a) 의 체적이 보다 감소한다. 여기서는, 복수의 흡인공 (51) 은, 예를 들어, 직선상, 즉 일렬로 늘어서도록 배치되어 있다.Moreover, as shown in FIG. 11, the heat generating
또, 흡인공 (51) 의 내벽면에 형성된 도전층 (52) 은, 발열체 인출 전극 (4) 과 접속되어 있다. 도전층 (52) 의 표면과 발열체 인출 전극 (4) 의 표면은, 동일면 내에 있는 것이 바람직하다. 도전층 (52) 과 발열체 인출 전극 (4) 은, 일체화되어 있어도 된다. 이에 따라, 보호 소자 (50) 에서는, 발열체 인출 전극 (4) 상에서 응집한 용융 도체 (5a) 가 발열체 인출 전극 (4) 의 표면 및 도전층 (52) 의 표면에 젖어 확산되기 쉬워짐과 함께, 그 용융 도체 (5a) 가 도전층 (52) 을 통해서 흡인공 (51) 의 내부로 유도되기 쉬워진다.In addition, the
또, 절연 기판 (2) 의 이면 (2b) 에는, 흡인공 (51) 의 내벽면에 형성된 도전층 (52) 과 접속되도록, 이면 전극 (53) 이 배치 형성되어 있다. 도 12 에 나타내는 바와 같이, 이면 전극 (53) 은 도전층 (52) 과 접속되어 있다. 이면 전극 (53) 의 표면과 도전층 (52) 의 표면은, 동일면 내에 있는 것이 바람직하다. 이면 전극 (53) 과 도전층 (52) 은, 일체화되어 있어도 된다. 이에 따라, 가용 도체 (5) 가 용융하면, 절연 기판 (2) 의 표면 (2a) 으로부터 흡인공 (51) 을 경유하여 이면 (2b) 까지 이동한 용융 도체 (5a) 가 이면 전극 (53) 상에 응집한다. 따라서, 보호 소자 (50) 에서는, 용융 도체 (5a) 가 이면 전극 (53) 의 표면 및 도전층 (52) 의 표면에 젖어 확산되기 쉬워진다. 또, 보다 많은 용융 도체 (5a) 가 흡인공 (51) 에 흡인되기 때문에, 가용 도체 (5) 가 용단된 장소에 있어서 용융 도체 (5a) 의 체적이 보다 감소한다.Moreover, the
또한, 보호 소자 (50) 에서는, 발열체 (3) 는, 절연 기판 (2) 의 표면 (2a), 이면 (2b) 또는 절연 기판 (2) 의 내부에 배치 형성되어도 된다.In addition, in the
발열체 (3) 가 절연 기판 (2) 의 이면 (2b) 에 배치 형성되는 경우, 그 발열체 (3) 의 일단부는, 이면 전극 (53) 과 접속됨과 함께, 도전층 (52) 및 발열체 인출 전극 (4) 을 통해서 가용 도체 (5) 와 전기적으로 접속된다. 또, 발열체 (3) 의 타단부는, 이면 (2b) 에 배치 형성된 제 2 발열체 전극 (16) 과 접속된다. 마찬가지로, 발열체 (3) 가 절연 기판 (2) 의 내부에 배치 형성되는 경우, 발열체 (3) 의 일단부는, 제 1 발열체 전극 (15) 및 발열체 인출 전극 (4) 을 통해서 가용 도체 (5) 와 전기적으로 접속됨과 함께, 발열체 (3) 의 타단부는, 제 2 발열체 전극 (16) 과 접속된다.When the
발열체 (3) 가 절연 기판 (2) 의 이면 (2b) 에 배치 형성되어 있으면, 보호 소자 (50) 에서는, 이면 전극 (53) 이 발열체 (3) 에 의해 가열되기 때문에, 보다 많은 용융 도체 (5a) 가 응집하기 쉬워진다. 따라서, 보호 소자 (50) 에서는, 발열체 인출 전극 (4) 으로부터 도전층 (52) 을 통해서 이면 전극 (53) 으로 용융 도체 (5a) 가 이동하기 쉬워지기 때문에, 흡인공 (51) 에 있어서 용융 도체 (5a) 를 흡인하는 작용이 촉진된다. 이에 따라, 가용 도체 (5) 가 용단되기 쉬워진다.When the
또, 발열체 (3) 가 절연 기판 (2) 의 내부에 배치 형성되어 있으면, 보호 소자 (50) 에서는, 도전층 (52) 을 통해서 발열체 인출 전극 (4) 및 이면 전극 (53) 이 발열체 (3) 에 의해 가열되기 때문에, 보다 많은 용융 도체 (5a) 가 응집하기 쉬워진다. 따라서, 보호 소자 (50) 에서는, 발열체 인출 전극 (4) 으로부터 도전층 (52) 을 통해서 이면 전극 (53) 으로 용융 도체 (5a) 가 이동하기 쉬워지기 때문에, 흡인공 (51) 에 있어서 용융 도체 (5a) 를 흡인하는 작용이 촉진된다. 이에 따라, 가용 도체 (5) 가 용단되기 쉬워진다.Moreover, if the
또, 보호 소자 (50) 에서는, 흡인공 (51) 의 내부에, 가용 도체 (5) 의 형성 재료와 동일 혹은 유사한 재료나, 가용 도체 (5) 의 형성 재료보다도 융점이 낮은 예비 땜납 (55) 이나, 플럭스 등이 충전되어도 된다. 보호 소자 (50) 에서는, 발열체 (3) 가 발열했을 때, 열 전도가 우수한 도전층 (52), 발열체 인출 전극 (4) 및 이면 전극 (53) 의 온도가 절연 기판 (2) 의 온도보다 먼저 높아진다. 이에 따라, 예비 땜납 (55) 등이 가용 도체 (5) 보다 먼저 용융하기 때문에, 용융 도체 (5a) 가 흡인공 (51) 으로 인입된다. 따라서, 용융 도체 (5a) 는, 절연 기판 (2) 의 표면 (2a) 에서 이면 (2b) 으로 이동하기 때문에, 보호 소자 (50) 의 방향에 상관없이, 제 1 전극 (11) 과 제 2 전극 (12) 사이의 전류 경로가 차단되기 쉬워진다.Moreover, in the
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 the present invention described above are as follows.
본 발명의 보호 소자 (1) 에 대한 참고예의 보호 소자 (100) 는, 도 14 및 도 15 에 나타내는 바와 같이, 절연 기판 (103) 과, 제 1 전극 (101) 및 제 2 전극 (102) 과, 발열체 (104) 와, 유리층 (105) 과, 발열체 인출 전극 (106) 과, 1 쌍의 발열체 접속 전극 (107a, 107b) 과, 제 1 발열체 전극 (108) 과, 제 2 발열체 전극 (109) 과, 가용 도체 (110) 를 구비하고 있다. 제 1 전극 (101) 및 제 2 전극 (102) 은, 외부 회로에 접속되어 있다. 발열체 (104) 는, 절연 기판 (103) 상에 배치 형성되어 있음과 함께, W, Mo, Ru 등의 고융점 금속을 포함하고 있다. 유리층 (105) 은, 발열체 (104) 를 절연 피복하고 있다. 발열체 인출 전극 (106) 은, 유리층 (105) 상에 발열체 (104) 와 중첩하도록 배치 형성되어 있음과 함께, 그 발열체 (104) 와 전기적으로 접속되어 있다. 1 쌍의 발열체 접속 전극 (107a, 107b) 은, 절연 기판 (103) 에 배치 형성되어 있음과 함께, 폭 방향에 있어서의 발열체 (104) 의 양단부와 접속되어 있다. 제 1 발열체 전극 (108) 은, 발열체 접속 전극 (107a) 을 통해서 발열체 (104) 와 접속되어 있음과 함께, 발열체 인출 전극 (106) 과 접속되어 있다. 제 2 발열체 전극 (109) 은, 발열체 접속 전극 (107a) 과 접속되어 있음과 함께, 발열체 (104) 를 외부의 급전 회로에 접속시키고 있다. 가용 도체 (110) 는, 발열체 인출 전극 (106) 을 통해서 제 1 전극 (101) 및 제 2 전극 (102) 에 접속되어 있다. 이 가용 도체 (110) 는, 땜납 등의 접속 재료 (111) 를 통해서, 제 1 전극 (101), 제 2 전극 (102) 및 발열체 인출 전극 (106) 과 접속되어 있다. 또한, 도 15 에서는, 유리층 (105) 을 생략하고 있다.The
보호 소자 (100) 에서는, 제 1 전극 (101) 및 제 2 전극 (102) 이 외부 회로에 접속됨으로써, 가용 도체 (110) 가 외부 회로의 전류 경로에 장착된다. 또, 보호 소자 (100) 에서는, 제 2 발열체 전극 (109) 이 외부 회로에 접속됨으로써, 제 1 전극 (101) 으로부터 가용 도체 (110), 발열체 인출 전극 (106), 발열체 (104) 및 제 2 발열체 전극 (109) 을 거쳐 외부 회로에 이르는 급전 경로, 즉 발열체 (104) 에 대한 급전 경로가 형성된다.In the
통상적으로, 보호 소자 (100) 에서는, 외부 회로에 형성된 스위치 소자에 의해, 급전 경로에 대한 통전이 규제되고 있다. 그리고, 외부 회로의 전류 경로를 차단하는 경우, 보호 소자 (100) 에서는, 스위치 소자에 의해 급전 경로에 대한 통전의 규제가 해제되면, 그 발열체 (104) 가 통전됨과 함께 발열하기 때문에, 가용 도체 (110) 가 용단된다. 이에 따라, 외부 회로의 전류 경로가 차단됨과 함께, 발열체 (104) 에 대한 급전도 정지한다.Usually, in the
대전류 용량에 대응하기 위해서, 보호 소자 (100) 에서는, 가용 도체 (110) 의 단면적을 증대시킴으로써, 그 가용 도체 (110) 의 저저항화를 도모한다. 여기서, 대전류에 대응하기 위해서 가용 도체 (110) 의 단면적을 증대시키면, 발열체 (104) 의 발열을 이용하여 가용 도체 (110) 를 용단시키기 위해서 필요로 하는 전력도 증대한다.In order to respond to large current capacity, in the
그러나, 전류 용량이 비교적 낮은 용도에 사용되는 보호 소자에 있어서, 가용 도체 (110) 를 대형화함과 함께, 그 가용 도체 (110) 에 대전류를 흘리면, 절연 기판 (103) 에 대한 열 충격이 과대해지기 때문에, 발열체 (104) 가 배치 형성된 장소에 있어서 절연 기판 (103) 이 균열되기 쉬워진다. 절연 기판 (103) 에서는, 외연부에 가까워질수록 방열에 의한 냉각 효과가 높음과 함께, 중앙부에 있어서 가장 고온이 되기 때문에, 그 중앙부에 발열체 (104) 가 형성되면, 열 팽창에 수반하는 응력이 커진다. 또, 보호 소자 (100) 에서는, 유리층 (105) 을 통해서 발열체 (104) 에 중첩하고 있는 발열체 인출 전극 (106) 에 가용 도체 (110) 가 고정되어 있기 때문에, 절연 기판 (103) 의 중앙부에 발생한 응력 (변형) 은, 보호 소자 (100) 의 동작에 영향을 미친다. 구체적으로는, 절연 기판 (103) 의 중앙부가 균열되기 쉬워짐과 함께, 그 중앙부에 형성된 발열체 (104) 가 균열되기 쉬워지기 때문에, 급전 경로가 차단되는 것에 기인하여 발열이 정지하는 등, 보호 소자 (100) 의 동작이 불안정해질 우려가 있다.However, the protection element used for the use with comparatively low electric current capacity WHEREIN: When the
이와 같은 경향은, 보호 소자 (100) 의 정격을 향상시키기 위해서 가용 도체 (110) 를 대형화함과 함께, 보호 소자 (100) 의 소형화를 도모하기 위해서 절연 기판 (103) 을 박형화할수록 현저해진다.While such a tendency enlarges the
이와 같은 절연 기판 (103) 에 대한 열 충격을 완화하기 위해서, 예를 들어, 발열체 (104) 의 면적을 증대시킴으로써, 전력 밀도를 저하시키는 것도 생각할 수 있다. 그러나, 전력 밀도를 저하시키면, 절연 기판 (103) 및 발열체 (104) 가 균열되는 것을 방지할 수 있는 반면, 가용 도체 (110) 에 대한 전열 효율이 저하되기 때문에, 그 가용 도체 (110) 를 신속하게 용단시키기 어려워진다.In order to alleviate the thermal shock to such an insulating
실시예Example
이어서, 본 발명의 실시예에 대하여 설명한다. 본 실시예에서는, 절연 기판 (2) 상에 2 개의 발열체 (3) 가 배치됨과 함께, 그 2 개의 발열체 (3) 와 부분적으로 중첩하도록 발열체 인출 전극 (4) 이 배치된 보호 소자 (1) (실시예:도 1 참조) 와, 절연 기판 (2) 상에 2 개의 발열체 (3) 가 배치됨과 함께, 그 2 개의 발열체 (3) 와 부분적으로 중첩하지 않도록 발열체 인출 전극 (4) 이 배치된 보호 소자 (200) (비교예:도 13 참조) 를 준비하고, 발열체 (3) 의 발열을 이용하는 가용 도체 (5) 의 용단 시간을 측정하였다.Next, an embodiment of the present invention will be described. In this embodiment, two
실시예의 보호 소자 (1) 및 비교예의 보호 소자 (200) 에서는, 절연 기판 (2) 으로서, 표면에 2 개의 발열체 (3) 가 배치 형성된 세라믹 기판을 사용하였다. 또, 제 1 전극 (11) 및 제 2 전극 (12) 에 접속되는 가용 도체 (5) 로서, Ag 도금 처리 (두께 6 ㎛) 가 실시된 Sn-Ag-Cu 계 금속박 (두께 0.35 ㎜, 폭 5.4 ㎜) 을 사용하였다. 가용 도체 (5) 와 제 1 전극 (11) 및 제 2 전극 (12) 은, 땜납을 이용하여 접속되었다. 또, 제 1 전극 (11) 및 제 2 전극 (12) 은, PPS 제 외부 케이싱 (10) 에 의해 지지되었다.In the
실시예의 보호 소자 (1) 및 비교예의 보호 소자 (200) 에 대해, 32 W 및 100 W 의 전력을 인가하고, 발열체 (3) 의 발열을 이용하여 가용 도체 (5) 를 용단시킴으로써, 그 가용 도체 (5) 의 용단 시간을 측정하였다. 이 경우에는, 측정 횟수 (샘플수) 를 4 로 하였다. 측정 결과를 표 1 에 나타낸다.With respect to the
표 1 에 나타내는 바와 같이, 실시예의 보호 소자 (1) 에서는, 인가한 전력이 32 W 및 100 W 중 어느 경우에도, 비교예의 보호 소자 (200) 에 비해 용단 시간이 짧아졌다. 한편, 비교예의 보호 소자 (200) 에서는, 100 W 의 전력을 인가한 경우에, 절반수의 샘플에서 절연 기판 (2) 이 균열되었기 때문에, 가용 도체 (5) 를 용단시킬 수가 없었다 (NG).As shown in Table 1, in the
이 결과는, 이하의 경향을 나타내고 있다. 실시예에 있어서는, 발열체 인출 전극 (4) 이 2 개의 발열체 (3) 와 중첩하도록 배치되어 있다. 이에 따라, 각 발열체 (3) 에 있어서 발생한 열이 절연 부재 (13) 를 통해서 발열체 인출 전극 (4) 에 효율적으로 전달되기 쉽기 때문에, 신속하게 가용 도체 (5) 가 가열됨과 함께 용융하였다. 또, 실시예에서는, 발열체 (3) 에 있어서 발생한 열이 발열체 인출 전극 (4) 및 가용 도체 (5) 로 보다 전달되기 쉬워진다. 이에 따라, 100 W 의 전력을 인가한 경우에도, 절연 기판 (2) 에 대한 열 충격이 완화되었기 때문에, 절연 기판 (2) 및 발열체 (3) 가 균열되기 어려워졌다.This result has shown the following tendency. In the embodiment, the heating element lead-out
한편, 비교예에 있어서는, 발열체 인출 전극 (4) 이 2 개의 발열체 (3) 와 중첩하지 않도록 배치되어 있다. 이에 따라, 각 발열체 (3) 에 있어서 발생한 열이 발열체 인출 전극 (4) 에 효율적으로 잘 전달되지 않고, 즉 발열체 (3) 로부터 발열체 인출 전극 (4) 에 대한 열의 전도 효율이 낮기 때문에, 실시예에 비해 용단 시간이 길어졌다. 게다가, 비교예에서는, 발열체 (3) 에 있어서 발생한 열이 절연 기판 (2) 에 축적되기 쉬워진다. 이에 따라, 100 W 의 전력을 인가한 경우에, 절연 기판 (2) 에 대한 열 충격이 과대해지기 때문에, 절반수의 샘플에 있어서 절연 기판 (2) 이 균열됨과 함께 가용 도체 (5) 가 용단되지 않았다.On the other hand, in the comparative example, the heat generating element lead-out
이로부터, 절연 기판 상에 복수의 발열체가 배치됨과 함께, 각 발열체와 부분적으로 중첩하도록 발열체 인출 전극이 배치된 보호 소자는, 가용 도체를 신속하게 용단시킴과 함께, 절연 기판에 대한 열 충격의 완화를 이용하여 안정된 발열 동작을 확보하는 데 있어서, 유효하다.From this, while a plurality of heating elements are arranged on the insulating substrate, the protection element in which the heating element extraction electrode is arranged so as to partially overlap with each heating element rapidly cuts a soluble conductor by melting and alleviation of thermal shock to the insulating substrate It is effective in securing stable heat generation operation using
본 출원은, 일본 특허청에 있어서 2014년 5월 28일에 출원된 일본 특허출원 번호 제2014-110513호를 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. 2014-110513 for which it applied on May 28, 2014 by the Japan Patent Office, 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 : 절연 기판
3 : 발열체
4 : 발열체 인출 전극
5 : 가용 도체
7 : 접속 재료
10 : 외부 케이싱
11 : 제 1 전극
12 : 제 2 전극
13 : 절연 부재
15 : 제 1 발열체 전극
16 : 제 2 발열체 전극
17 : 발열체 접속 전극
20 : 스루홀
30 : 배터리 팩
1 ∼ 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 땜납1: protection element
2: Insulation substrate
3: heating element
4: heating element extraction electrode
5: fusible conductor
7: connection material
10: outer casing
11: first electrode
12: second electrode
13: insulation member
15: first heating element electrode
16: second heating element electrode
17: heating element connection electrode
20: through hole
30: battery pack
1 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 (9)
상기 절연 기판 상에 배치 형성된 복수의 발열체와,
상기 복수의 발열체의 각각과 전기적으로 접속된 발열체 인출 전극과,
상기 발열체 인출 전극에 의해 지지된 가용 도체를 구비하고,
상기 복수의 발열체는, 상기 절연 기판의 중앙을 경계로 하여, 그 경계의 양측에 배치 형성되고, 절연 부재를 통해 서로 전기적으로 절연되어 있고,
상기 발열체 인출 전극은, 상기 절연 기판의 중앙으로부터 그 양측에 이르는 영역에 배치 형성되어 있는, 보호 소자.an insulated substrate;
a plurality of heating elements disposed and formed on the insulating substrate;
a heating element lead-out electrode electrically connected to each of the plurality of heating elements;
A soluble conductor supported by the heating element extraction electrode is provided;
The plurality of heating elements are arranged and formed on both sides of the boundary with the center of the insulating substrate as a boundary, and are electrically insulated from each other through an insulating member,
The said heating-element extraction electrode is arrange|positioned and formed in the area|region extending from the center of the said insulating substrate to the both sides, the protection element.
상기 발열체 인출 전극은, 상기 복수의 발열체의 각각에 대해 부분적으로 중첩하도록 배치 형성되어 있는, 보호 소자.The method of claim 1,
The said heating-element lead-out electrode is arrange|positioned and formed so that it may partially overlap with respect to each of the said several heating element, The protection element.
상기 가용 도체는, 소정의 방향으로 연장되고,
상기 복수의 발열체의 각각은, 상기 가용 도체의 연장 방향과 교차하는 방향을 길이 방향으로 하는 사각형상의 평면 형상을 갖고,
상기 길이 방향에 있어서의 상기 복수의 발열체의 각각의 일단부는, 상기 발열체 인출 전극과 접속되고,
상기 길이 방향에 있어서의 상기 복수의 발열체의 각각의 타단부는, 외부 접속 전극과 접속되어 있는, 보호 소자.The method of claim 1,
The soluble conductor extends in a predetermined direction,
Each of the plurality of heat generating elements has a rectangular planar shape having a longitudinal direction in a direction intersecting the extension direction of the soluble conductor,
One end of each of the plurality of heating elements in the longitudinal direction is connected to the heating element lead-out electrode,
The protection element, wherein each other end of each of the plurality of heat generating elements in the longitudinal direction is connected to an external connection electrode.
상기 가용 도체는, 소정의 방향으로 연장되고,
상기 가용 도체의 연장 방향과 교차하는 방향에 있어서의 상기 복수의 발열체의 일방측에 있어서, 그 복수의 발열체의 각각과 대향하도록 외부 접속 전극이 배치 형성되고,
상기 절연 기판은, 상기 복수의 발열체가 배치 형성되어 있지 않은 영역에 있어서, 상기 외부 접속 전극을 통해서 외부 회로에 고정되어 있는, 보호 소자.The method of claim 1,
The soluble conductor extends in a predetermined direction,
In one side of the plurality of heat generating elements in a direction crossing the extending direction of the soluble conductor, external connection electrodes are arranged and formed so as to face each of the plurality of heat generating elements,
The protection element wherein the insulating substrate is fixed to an external circuit via the external connection electrode in a region where the plurality of heating elements are not arranged.
상기 절연 기판의 표면에 상기 복수의 발열체가 배치 형성되고,
상기 절연 기판의 표면과 반대측의 이면에 접속 단자부가 배치 형성되고,
상기 외부 접속 전극은, 상기 절연 기판에 형성된 도전 스루홀을 통해서 상기 접속 단자부와 접속되고,
상기 접속 단자부는, 상기 외부 회로에 접속되는, 보호 소자.5. The method of claim 4,
The plurality of heating elements are disposed and formed on the surface of the insulating substrate,
A connection terminal part is arranged and formed on the back surface opposite to the front surface of the insulating substrate,
the external connection electrode is connected to the connection terminal part through a conductive through hole formed in the insulating substrate;
The said connection terminal part is a protection element connected to the said external circuit.
상기 절연 기판의 표면에 상기 복수의 발열체가 배치 형성되고,
상기 절연 기판의 표면으로부터 반대측의 이면까지 땜납 브리지가 배치 형성되고,
상기 외부 접속 전극은, 상기 땜납 브리지를 통해서 상기 외부 회로에 접속되어 있는, 보호 소자.5. The method of claim 4,
The plurality of heating elements are disposed and formed on the surface of the insulating substrate,
Solder bridges are arranged and formed from the front surface of the insulating substrate to the rear surface on the opposite side;
and the external connection electrode is connected to the external circuit via the solder bridge.
상기 절연 기판은, 두께 방향의 흡인공을 갖고,
상기 흡인공은, 상기 가용 도체의 용융물인 용융 도체를 흡인하는, 보호 소자.The method of claim 1,
The insulating substrate has a suction hole in the thickness direction,
The said suction hole is a protection element which attracts|sucks the molten conductor which is the melt of the said soluble conductor.
상기 1 개 이상 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,
절연 기판과,
상기 절연 기판 상에 배치 형성된 복수의 발열체와,
상기 복수의 발열체의 각각과 전기적으로 접속된 발열체 인출 전극과,
상기 발열체 인출 전극에 의해 지지된 가용 도체를 구비하고,
상기 복수의 발열체는, 상기 절연 기판의 중앙을 경계로 하여, 그 경계의 양측에 배치 형성되고, 절연 부재를 통해 서로 전기적으로 절연되어 있고,
상기 발열체 인출 전극은, 상기 절연 기판의 중앙으로부터 그 양측에 이르는 영역에 배치 형성되어 있는, 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
an insulated substrate;
a plurality of heating elements disposed and formed on the insulating substrate;
a heating element lead-out electrode electrically connected to each of the plurality of heating elements;
A soluble conductor supported by the heating element extraction electrode is provided;
The plurality of heating elements are arranged and formed on both sides of the boundary with the center of the insulating substrate as a boundary, and are electrically insulated from each other through an insulating member,
The said heating element extraction electrode is arrange|positioned and formed in the area|region extending from the center of the said insulating board|substrate to both sides, the battery pack.
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CN114420518B (en) * | 2022-03-30 | 2022-07-19 | 嘉兴模度新能源有限公司 | Vacuum temperature fuse, series battery row, parallel battery row and battery pack |
Citations (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP2006237008A (en) * | 2005-02-24 | 2006-09-07 | Cooper Technol Co | Low-resistance fuse and method for manufacturing low-resistance fuse |
JP2014032769A (en) * | 2012-08-01 | 2014-02-20 | Dexerials Corp | Protective element and battery pack |
Family Cites Families (12)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
DE19704097A1 (en) * | 1997-02-04 | 1998-08-06 | Wickmann Werke Gmbh | Electrical fuse element |
JP2001325869A (en) * | 2000-05-17 | 2001-11-22 | Sony Chem Corp | Protective element |
JP4663760B2 (en) * | 2007-08-20 | 2011-04-06 | 内橋エステック株式会社 | Secondary battery protection circuit |
JP5072796B2 (en) * | 2008-05-23 | 2012-11-14 | ソニーケミカル&インフォメーションデバイス株式会社 | Protection element and secondary battery device |
JP4735874B2 (en) * | 2009-03-16 | 2011-07-27 | ソニーケミカル&インフォメーションデバイス株式会社 | Protective element |
US8531263B2 (en) * | 2009-11-24 | 2013-09-10 | Littelfuse, Inc. | Circuit protection device |
JP5415318B2 (en) * | 2010-02-19 | 2014-02-12 | デクセリアルズ株式会社 | Protection circuit, battery control device, and battery pack |
JP5489777B2 (en) * | 2010-02-25 | 2014-05-14 | 京セラ株式会社 | Resistance thermal fuse package and resistance thermal fuse |
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JP5511501B2 (en) * | 2010-05-20 | 2014-06-04 | 京セラ株式会社 | Resistance thermal fuse and resistance thermal fuse package |
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Patent Citations (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP2006237008A (en) * | 2005-02-24 | 2006-09-07 | Cooper Technol Co | Low-resistance fuse and method for manufacturing low-resistance fuse |
JP2014032769A (en) * | 2012-08-01 | 2014-02-20 | Dexerials Corp | Protective element and battery pack |
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