TW201545194A - 保護元件及電池組 - Google Patents

Abstract

本發明提供的一種保護元件具備：絕緣基板；多個發熱體，其配設於絕緣基板上；發熱體引出電極(heat generator extraction electrode)，其分別與多個發熱體電連接；以及可熔導體，其由發熱體引出電極支撐。

Description

保護元件及電池組

本發明涉及一種藉由阻斷電流路徑來保護連接於該電流路徑的電路的保護元件、及使用該保護元件的電池組。

因為能夠充電，所以能夠反覆使用的二次電池大多是以加工成電池組的狀態提供給用戶。尤其是，在使用重量能量密度高的鋰離子二次電池的情況下，為了確保用戶及電子設備的安全，一般而言，鑒於過充電保護及過放電保護等，將多個保護電路內藏於電池組。因此，電池組具有在既定的情況下阻斷輸出的功能。

使用鋰離子二次電池的許多電子設備藉由使用內藏於電池組的FET開關進行輸出的ON/OF，進行有關該電池組的過充電保護或過放電保護動作。然而，即使在由於某種原因FET開關短路損壞的情況下，或者在由於施加雷電突波等而流入瞬間大電流的情況下，或者在起因於電池單元的壽命而輸出電壓異常低下、反之輸出過大的異常電壓的情況下，也必須從起火等事故中保護電池組及電子設備。為此，即使在如此可以設想的任何異常狀態下，為了安全地阻斷電池單元的輸出，使用有由具有因 應來自外部的信號來阻斷電流路徑之功能的熔絲元件構成的保護元件。

作為搭載於如此鋰離子二次電池等用的保護電路中的保護元件，如專利文獻1、2所記載，具備發熱體、並利用該發熱體的發熱、使導入電流路徑的可熔導體熔斷的保護元件被使用。

[先前技術文獻]

[專利文獻]

[專利文獻1]日本特開2010-3665號公報

[專利文獻2]日本特開2014-32769號公報

可是，為了在如移動電話及筆記本電腦這樣的電流容量比較低的用途上使用保護元件，可熔導體(熔絲)最大也僅具有15A左右的電流容量。鋰離子二次電池的用途由於近年來正在擴大，所以在更大電流的用途上考慮採用鋰離子二次電池，在一部分用途上已經開始採用鋰離子二次電池。該大電流的用途例如係電動螺絲刀等電動工具、混合動力汽車、電動汽車、電動輔助自行車等運輸設備。在這些大電流的用途中，尤其是在啟動時等，有流入如超過數10A~100A的大電流的情況。期望有一種對應於如此大電流容量的保護元件。

因此，即使在為了對應大電流使用大型可熔導體的情況下，也期望提供一種藉由不降低電力密度而維持快速熔斷性能、且緩和對絕緣基板的熱衝擊，能夠實現穩定的發熱操作的保護元件及電池組。

為了解決上述問題，本發明之一種實施形態的保護元件具備：絕緣基板；多個發熱體，其配設於該絕緣基板上；發熱體引出電極(heat generator extraction electrode)，其分別與該多個發熱體電連接；以及可熔導體，其由該發熱體引出電極支撐。

又，本發明之一種實施形態的電池組具備：一個以上的電池單元；保護元件，其以能夠阻斷流過該一個以上的電池單元的電流之方式，連接於該一個以上的電池單元；以及電流控制元件，其分別檢測該一個以上的電池單元的電壓值且控制用於加熱保護元件的電流。該保護元件具備：絕緣基板；多個發熱體，其配設於該絕緣基板上；發熱體引出電極，其分別與該多個發熱體電連接；以及可熔導體，其由該發熱體引出電極支撐。

依據本發明之一種實施形態的保護元件及電池組，發熱體引出電極分別與多個發熱體電連接，並且由該發熱體引出電極支撐可熔導體。在此情況下，因為發熱體被複數分割，所以在維持與發熱體沒有被複數分割的情況同等的發熱量的同時，緩和起因於發熱的對絕緣基板的熱衝擊。亦即，由於發熱體被複數分割，而在絕緣基板的熱分布上擴散峰值下降，所以對絕緣基板的熱衝擊被緩和。另一方面，因為即使發熱體被分割，也能夠維持同等的總發熱量，所以可熔導體之熔斷所需時間不會延長。因此，即使在為了對應大電流容量而使可熔導體大型化、且使發熱體之電力增大的情況下，也能夠抑制絕緣基板破裂，同時實現穩定的發熱操作。

1‧‧‧保護元件

2‧‧‧絕緣基板

3‧‧‧發熱體

4‧‧‧發熱體引出電極

5‧‧‧可熔導體

7‧‧‧連接材料

10‧‧‧外框體

11‧‧‧第1電極

12‧‧‧第2電極

13‧‧‧絕緣構件

15‧‧‧第1發熱體電極

16‧‧‧第2發熱體電極

17‧‧‧發熱體連接電極

20‧‧‧通孔

30‧‧‧電池組

31~34‧‧‧電池單元

35‧‧‧電池堆

36‧‧‧檢測電路

37‧‧‧電流控制元件

40‧‧‧充放電控制電路

41、42‧‧‧電流控制元件

43‧‧‧控制部

45‧‧‧充電裝置

50‧‧‧保護元件

51‧‧‧吸引孔

52‧‧‧導電層

53‧‧‧背面電極

55‧‧‧預備焊料

圖1係表示本發明之一種實施形態的保護元件之剖面圖。

圖2係表示本發明之一種實施形態的保護元件之俯視圖。

圖3係表示利用伴隨過電流的自身發熱而可熔導體被熔斷的保護元件之剖面圖。

圖4係表示利用發熱體的發熱而可熔導體被熔斷的保護元件之剖面圖。

圖5係表示本發明之一種實施形態的其他保護元件之剖面圖。

圖6係表示本發明之一種實施形態的其他保護元件之剖面圖。

圖7係表示本發明之一種實施形態的其他保護元件之剖面圖。

圖8係表示應用有本發明之一種實施形態的保護元件的電池組之電路構成之一例圖。

圖9係表示本發明之一種實施形態的保護元件之電路圖。

圖10係表示在絕緣基板上設有吸引孔的保護元件之剖面圖。

圖11係表示在絕緣基板上設有吸引孔的保護元件之俯視圖。

圖12係表示在絕緣基板上設有吸引孔的保護元件之剖面圖，表示可熔導體熔斷後的狀態。

圖13係表示比較例的保護元件之俯視圖。

圖14係表示參考例的保護元件之剖面圖。

圖15係表示參考例的保護元件之俯視圖。

以下參照附圖對應用有本發明之一種實施形態的保護元件 進行詳細說明。此外，本發明不只限於以下之實施形態，在不脫離本發明之主旨之範圍內，當然可以進行各種變更。又，因為附圖為示意圖，所以各尺寸之比率等有可能與現實的比率相異。對於具體尺寸等應該根據以下之說明來考慮、判斷。又，在附圖之間當然有相互尺寸的關系及比率不同的情況。

[第1實施例]

本發明之一種實施形態的保護元件1如圖1及圖2所示，其具備：絕緣基板2、配設於該絕緣基板2上的多個發熱體3、分別與該多個發熱體3電連接的發熱體引出電極4、以及由該發熱體引出電極4支撐的可熔導體5。又，保護元件1具備第1電極11及第2電極12，絕緣基板2配設於第1電極11與第2電極12之間。在該保護元件1中，可熔導體5之一端部配置於第1電極11上，該一端部與第1電極11電連接，並且該可熔導體5之另一端部配置於第2電極12上，該另一端部與第2電極12電連接。

[第1電極及第2電極]

第1電極11及第2電極12係用於使保護元件1連接於外部電路的連接端子，含有金屬等。在保護元件1之內部，第1電極11及第2電極12各自透過焊料等連接材料7與可熔導體5連接，並且透過該可熔導體5互相連接。因此，在保護元件1中，構成了從第1電極11經由可熔導體5至第2電極12的電流路徑。該電流路徑藉由第1電極11及第2電極12與外部電路之連接端子連接，而作為一部分安裝於該外部電路。於是，在保護元件1 中，若可熔導體5流過超過額定的過電流，則利用自身發熱可熔導體5熔融。因此，如圖3所示，因為在可熔導體5與第1電極11及第2電極12中之一者之間可熔導體5熔融，所以外部電路之充放電路徑被阻斷。或者，在保護元件1中，若發熱體3通電，則該發熱體3發熱。因此，如圖4所示，因為可熔導體5熔融，所以在第1電極11與發熱體引出電極4之間可熔導體5熔斷，並且在第2電極12與發熱體引出電極4之間可熔導體5熔斷。因此，由於為可熔導體5之熔融物的熔融導體5a在發熱體引出電極4上凝集，所以外部電路之電流路徑被阻斷。

在保護元件1中，第1電極11及第2電極12從外筐體10之內部導出至外部，並且由該外筐體10支撐。又，在保護元件1中，因為在外筐體10之內部的中央的空間裏配設有絕緣基板2，所以第1電極11及第2電極12靠近絕緣基板2。

外筐體10例如包含PPS(聚苯硫醚：Polyphenylenesulfide)等耐熱性優異的工程塑料中之任一種或二種以上。又，外筐體10在成形為既定的形狀時，也可以使用嵌入(Insert)成型等成形為與第1電極11及第2電極12一體化。

此外，第1電極11及第2電極12也可以配設於靠近絕緣基板2的絕緣材料上。該絕緣材料例如包含環氧樹脂等。又，第1電極11及第2電極12如圖5所示，也可以藉由使用印刷法等塗布高熔點金屬膏，在絕緣基板2之表面2a中形成一對對向的邊緣部。

[絕緣基板]

絕緣基板2例如包含氧化鋁、玻璃陶瓷、莫來石、及氧化鋯等具有絕緣性的材料中之任一種或二種以上。又，雖然也可以使用用於玻璃環氧基板、苯酚基板等印刷配線基板的材料，但是需要注意熔絲熔斷時的溫度。

[發熱體]

發熱體3配設於絕緣基板2之表面2a，並且被絕緣構件13覆蓋。發熱體3包含電阻值比較高且一通電便發熱的具有導電性的材料中之任一種或二種以上。該具有導電性的材料例如為W、Mo、Ru、以該等一種以上作為主要成分的合金、以該等一種以上作為主要成分的組合物、以及以該等一種以上作為主要成分的化合物等。使用絲網印刷技術，將含有這些合金等的粉狀體與樹脂粘合劑等的混合物的膏以形成既定圖案之方式塗布於絕緣基板2上後，藉由對該膏進行燒成等形成發熱體3。

在保護元件1中，多個發熱體3以既定的間隔隔開且並列，例如，如圖1所示，設有二個發熱體3A、3B。如此，在保護元件1中，發熱體3被複數分割，藉此在維持與發熱體3沒有被複數分割的情況同等的發熱量的同時，緩和起因於發熱的對絕緣基板2的熱衝擊。亦即，在保護元件1中，藉由發熱體3被複數分割，而在絕緣基板2的熱分布中擴散峰值下降，所以對絕緣基板2的熱衝擊被緩和。另一方面，在保護元件1中，因為即使發熱體3被分割，也能夠維持同等的該發熱體3的總發熱量，所以可熔導體5之熔斷所需時間不會延長。因此，在保護元件1中，即使在為了因應大電流容量而使可熔導體5大型化、且使發熱體3之電力增大的情況下，也能夠抑制絕緣基板2破裂，同時實現穩定的發熱操作。

如圖2所示，可熔導體5從第1電極11朝著第2電極12的方向延伸。發熱體3A、3B各自具有以與可熔導體5之延伸方向交叉(例如直交)的方向作為長度方向的矩形狀的平面形狀。長度方向上的發熱體3A、3B各自之一端部透過發熱體連接電極17a，與配設於絕緣基板2之表面2a的第1發熱體電極15連接，並且長度方向上的發熱體3A、3B各自之另一端部透過發熱體連接電極17b，與配設於絕緣基板2之表面2a的第2發熱體電極16連接。

第1發熱體電極15與多個發熱體3各自之一端部連接，且與發熱體引出電極4連接。第2發熱體電極16與多個發熱體3各自之另一端部連接，且在保護元件1連接於外部電路時成為外部連接電極。保護元件1藉由透過第2發熱體電極16與外部電路連接，安裝於為了給發熱體3供電而在外部電路形成的供電路徑。

第1發熱體電極15及第2發熱體電極16例如含有高熔點金屬中之任一種或二種以上。該高熔點金屬例如為Ag、Cu、及以該等一種以上作為主要成分的合金等。使用絲網印刷技術，將含有該高熔點金屬與樹脂粘合劑等的混合物的膏以形成既定圖案之方式塗布於絕緣基板2上後，藉由對該膏進行燒成等形成第1發熱體電極15及第2發熱體電極16。

發熱體3藉由對第1發熱體電極15及第2發熱體電極16通電而發熱。亦即，發熱體3在長度方向上被通電。因此，即使在沿著長度方向發熱體3破裂的情況下，由於第1發熱體電極15與第2發熱體電極16之間的通電路徑不易被阻斷，所以對發熱體3的通電以及發熱體3的發熱也不易停止。另一方面，如後述圖15所示，因為在與長度方向直交的寬度 方向上的發熱體3之兩側設有發熱體連接電極，所以在該發熱體3利用在寬度方向上通電而發熱的情況下，若沿著長度方向發熱體3破裂，則由於第1發熱體電極15與第2發熱體電極16之間的通電路徑容易被阻斷，因而發熱體3的發熱有在可熔導體5熔斷之前停止之虞。

絕緣構件13例如含有玻璃。此外，在保護元件1中，為了將發熱體3所發生的熱量有效地傳送至可熔導體5，也可以藉由在多個發熱體3與絕緣基板2之間也設置絕緣構件，在配設於該絕緣基板2之表面2a的絕緣構件13之內部設置發熱體3。

[發熱體引出電極]

發熱體引出電極4支撐連接於第1電極11及第2電極12的可熔導體5，並且構成對發熱體3的供電路徑。該發熱體引出電極4具有：與第1發熱體電極15鄰接的引出部4a；及連接部4b，其配設於絕緣構件13上且連接於可熔導體5。在發熱體引出電極4中，連接部4b配設於第1電極11與第2電極12之間，並且透過可熔導體5與第1電極11及第2電極12連接。又，發熱體引出電極4被發熱體3加熱，並且藉由將發熱體3所發生的熱量傳送至可熔導體5，使該可熔導體5熔斷。再者，若可熔導體5熔融，則由於該可熔導體5之熔融物(熔融導體5a)凝集，並且第1電極11及第2電極12被分斷，所以發熱體引出電極4阻斷第1電極11與第2電極12之間的電流路徑。此時，因為發熱體引出電極4被發熱體3加熱，所以熔融導體5a容易凝集。

在發熱體引出電極4中，連接部4b以透過絕緣構件13分別 與多個發熱體3局部重疊之方式配設。因此，由於各個發熱體3所發生的熱量容易透過絕緣構件13有效地傳送至發熱體引出電極4，所以該發熱體引出電極4能夠快速加熱可熔導體5，並且能夠快速使可熔導體5熔融。亦即，在保護元件1中，若多個發熱體3各自發熱，則因為該多個發熱體3所發生的熱量透過絕緣構件13及配設於該絕緣構件13上的發熱體引出電極4傳送至可熔導體5，所以該可熔導體5被加熱。此時，在保護元件1中，因為發熱體引出電極4以分別與被分割配置的多個發熱體3局部重疊之方式配置，所以發熱體3所發生的熱量能夠有效地傳送至發熱體引出電極4，並且可熔導體5快速熔斷。又，在保護元件1中，因為發熱體3所發生的熱量更加容易傳送至發熱體引出電極4及可熔導體5，所以能夠緩和對絕緣基板2的熱衝擊，並且絕緣基板2及發熱體3不易破裂。

此外，發熱體引出電極4如圖1所示，可以為對發熱體3A、3B之雙方局部重疊，也可以只對發熱體3A、3B中之一方局部重疊。鑒於對可熔導體5的熱傳導及對絕緣基板2的熱衝擊的緩和效果，發熱體引出電極4較佳為對發熱體3A、3B之雙方局部重疊。

發熱體引出電極4例如含有高熔點金屬中之任一種或二種以上。該高熔點金屬例如為Ag、Cu、及以該等作為主要成分的合金等。使用絲網印刷技術，將含有該高熔點金屬與樹脂粘合劑等的混合物的膏以形成既定圖案之方式塗布於絕緣構件13上及第1發熱體電極15上後，藉由對該膏進行燒成等形成發熱體引出電極4。

然後，發熱體引出電極4透過焊料等連接材料7與連接於第1電極11及第2電極12的可熔導體5連接。又，若被發熱體引出電極4加 熱的可熔導體5熔融，則因為熔融導體5a凝集，所以第1電極11與第2電極12之間的電流路徑被阻斷。

此外，在保護元件1中，如圖1所示，較佳為以絕緣基板2之中央作為邊界，發熱體3A、3B配設於該邊界之兩側，並且發熱體引出電極4配設於絕緣基板2之中央及其周圍區域。在絕緣基板2中，越是接近外邊部起因於放熱的冷卻效果也越高，並且在離該外邊部最遠的中央部熱量趨於不易散發。為此，在絕緣基板2之中央部，由於起因於熱膨脹的應力變大，所以該絕緣基板2容易破裂。因此，在該絕緣基板2中，若在避開中央部的區域配設發熱體3A、3B，則因為發熱體3A、3B所發生的熱量蓄積於絕緣基板2之中央部，所以即使在起因於伴隨熱膨脹的應力、絕緣基板2破裂的情況下，該破裂的影響不易波及發熱體3A、3B。

又，若發熱體引出電極4配設於絕緣基板2之中央及其周圍區域，在保護元件1中，因為發熱體3A、3B所發生的熱量集中在不易放熱的絕緣基板2之中央部，所以該熱量不分散於絕緣基板2之全體而是有效地傳送至可熔導體5。因此，可熔導體5被有效地加熱。同時，在保護元件1中，若發熱體3A、3B所發生的熱量集中在絕緣基板2之中央部，則該熱量透過發熱體引出電極4傳送至可熔導體5。為此，因為發熱體3A、3B所發生的熱量趨於不易散發、且不易蓄積於伴隨熱膨脹而應力變大的絕緣基板2之中央部，所以絕緣基板2不易破裂。

又，第2發熱體電極16在多個發熱體3各自的另一端側，以分別與該多個發熱體3對向之方式配設，絕緣基板2在沒有配設發熱體3的區域中，使用焊料等接合材料，透過第2發熱體電極16連接於外部電路 之端子部。為此，在保護元件1中，因為在沒有配設發熱體3的區域中絕緣基板2被固定，所以由於發熱體3發熱，在沒有配設發熱體3的區域絕緣基板2產生應力。因此，即使絕緣基板2破裂，該破裂的發生位置也能夠控制在沒有配設發熱體3的區域。特別是，若二個發熱體3A、3B以絕緣基板2之中央作為邊界且配置於該邊界之兩側，則在發熱體3A、3B所發生的熱量集中在不易放熱的絕緣基板2之中央部、且伴隨熱膨脹的應力蓄積的情況下，因為第2發熱體電極16成為固定點，破裂的發生位置能夠被準確地控制在發熱體3A、3B之間的區域。因此，即使在絕緣基板2破裂的情況下，也能夠防止起因於發熱體3A、3B的破裂而發熱停止的事態發生。

此處，如圖1及圖2所示，也可以藉由在絕緣基板2上設置內壁面上設有導電層61的通孔20(導電通孔)，並且在絕緣基板2之背面2b上設置透過該導電層61與第2發熱體電極16電連接的連接端子部62，使該第2發熱體電極16透過連接端子部62與外部電路之端子部連接並固定。在保護元件1中，藉由在絕緣基板2之固定點設置通孔20，絕緣基板2以通孔20作為起點容易破裂。因此，能夠防止起因於發熱體3A、3B的破裂而發熱停止的事態發生。此外，在圖3之後，省略上述導電層61及連接端子部62之圖示。

此外，第2發熱體電極16也可以利用配設於從絕緣基板2之表面2a至背面2b的焊橋，與外部電路之端子部連接並固定。在此情況下，在保護元件1中，因為在沒有配設發熱體3的區域中絕緣基板2被固定，所以破裂的發生位置也能夠控制在沒有配設發熱體3的區域。

[可熔導體]

可熔導體5在過電流狀態下熔融。該可熔導體5含有可以熔斷的導電性材料中之任一種或二種以上。該導電性材料例如為SnAgCu類無鉛焊料、BiPbSn合金、BiPb合金、BiSn合金、SnPb合金、PbIn合金、ZnAl合金、InSn合金、以及PbAgSn合金等。此外，可熔導體5也可係：Ag、Cu、及以該等一種以上作為主要成分的合金等高熔點金屬與焊料或者以Sn為主要成分的無鉛焊料等低熔點金屬的積層體。

如此可熔導體5由在低熔點金屬箔上，使用電鍍技術成膜高熔點金屬層而形成。但是，可熔導體5也可以使用其它已知的積層技術、膜形成技術形成。此外，可熔導體5也可以以高熔點金屬層作為內層，以低熔點金屬層作為外層。又，可熔導體5也可係低熔點金屬層與高熔點金屬層被交替積層的4層以上之多層構造。如此，可熔導體5可以形成為各種各樣的構成。

又，可熔導體5因為在流過既定的額定電流的狀態下自身不發熱，所以不熔斷。相對於此，可熔導體5因為若流過高於額定電流的電流則自身發熱，所以熔融。因此，第1電極11與第2電極12之間的電流路徑被阻斷。又，可熔導體5若對應發熱體3的通電而發熱，則因為被該發熱體3加熱，所以熔斷。因此，第1電極11與第2電極12之間的電流路徑被阻斷。此時，在可熔導體5中，因為熔融的低熔點金屬侵蝕高熔點金屬，所以該高熔點金屬在低於熔融溫度的溫度下熔融。因此，可熔導體5利用低熔點金屬對高熔點金屬的侵蝕作用，在短時間熔斷。

又，在可熔導體5中，藉由成為外層的高熔點金屬積層於成 為內層的低熔點金屬，而較由高熔點金屬構成的芯片熔絲等熔斷溫度大幅降低。因此，在可熔導體5中，比起同一尺寸的芯片熔絲等，熔斷面積變大，且電流額定值大幅提高。又，比起相同電流額定值的芯片熔絲，能夠謀求小型化、薄型化且速熔斷性優異。

又，在可熔導體5中，對安裝有保護元件1的電路瞬間施加異常高的電壓的現象，即所謂對突波的耐性(耐脈衝性)得到提升。亦即，可熔導體5例如在數msec的時間流過100A的電流的情況下，不可以熔斷。關於這一點，在極短的時間內流過的大電流流過導體之表層(表皮效果)。可熔導體5因為藉由包含作為外層的電阻值低的Ag電鍍等高熔點金屬，起因於突波而被施加的電流容易流過，所以能夠防止起因於自身發熱的可熔導體5的熔斷。因此，在可熔導體5中，由於低熔點金屬被高熔點金屬被覆，所以比起由焊料合金構成的熔絲，對突波的耐性大幅提升。

此外，在可熔導體5中，為了防止氧化、及提高熔斷時的潤濕性等，塗布助焊劑(未圖示)。

[發熱體]

又，如圖6所示，在保護元件1中，發熱體3也可以配設於絕緣基板2之背面2b。發熱體3配設於絕緣基板2之背面2b，並且在該背面2b上被絕緣構件13被覆。

發熱體3之一端部透過未圖示的發熱體電極，與發熱體引出電極4及配設於發熱體引出電極4上的可熔導體5電連接。又，發熱體3之另一端部與第2發熱體電極16連接。

又，如圖7所示，在保護元件1中，發熱體3也可以配設於絕緣基板2之內部。在此情況下，發熱體3也可以不被玻璃等絕緣層被覆。又，發熱體3之一端部透過未圖示的發熱體電極，與發熱體引出電極4及配設於發熱體引出電極4上的可熔導體5電連接。又，發熱體3之另一端部與第2發熱體電極16連接。

[電路構成]

保護元件1例如若安裝於電池組，則因為在過電流時可熔導體5自身熔斷，所以阻斷電池組之充放電路徑。又，保護元件1若對應電池單元的過電壓而發熱體3被通電、同時發熱，則因為被該發熱體3加熱的可熔導體5熔斷，所以阻斷電池組之充放電路徑。

電池組30如圖8所示，例如具備由合計4個鋰離子二次電池的電池單元31~34構成的電池堆(battery stack)35。

電池組30具備電池堆35、控制電池堆35之充放電的充放電控制電路40、在電池堆35異常時使充電動作停止的保護元件1(應用有本發明之保護元件)、檢測各個電池單元31~34之電壓的檢測電路36、以及係根據檢測電路36之檢測結果控制保護元件1之操作的開關元件的電流控制元件37。

在電池堆35中，需要進行過充電保護及過放電保護的控制的電池單元31~34串聯。該電池堆35透過電池組30之正極端子30a及負極端子30b以可以裝卸的方式連接於充電裝置45，從該充電裝置45施加充電電壓。由充電裝置45充電的電池組30藉由透過正極端子30a及負極端子 30b連接於利用電池驅動的電子設備，能夠使該電子設備驅動。

充放電控制電路40具備與從電池堆35至充電裝置45的電流路徑串聯的2個電流控制元件41和42、以及控制該電流控制元件41和42之操作的控制部43。電流控制元件41、42例如包含場效電晶體(以下稱為FET)，因為閘電壓被控制部43控制，所以能夠控制電池堆35的電流路徑之狀態(導通及阻斷)。控制部43從充電裝置45接受電力供給進行操作，並且根據檢測電路36之檢測結果，當電池堆35為過放電狀態或過充電狀態時，控制電流控制元件41、42之操作以阻斷電流路徑。

保護元件1例如導入電池堆35與充放電控制電路40之間的充放電電流路徑上，該保護元件1之操作由電流控制元件37控制。

檢測電路36與各個電池單元31~34連接，將在該各個電池單元31~34上檢測出的各個電壓值，提供給充放電控制電路40的控制部43。又，檢測電路36在任一個電池單元31~34成為過充電電壓狀態或過放電電壓狀態時，輸出用於控制電流控制元件37的控制信號。

電流控制元件37例如包含FET。該電流控制元件37根據從檢測電路36輸出的檢測信號，在電池單元31~34之電壓值成為超過既定的過放電狀態或過充電狀態之電壓時，使保護元件1驅動。因此，電池堆35之充放電電流路徑不依靠電流控制元件41、42之開關操作被阻斷。

用於具有如以上構造構成的電池組30的應用有本發明之保護元件1，具有如圖9所示的電路構造。即，在保護元件1中，第1電極11與電池堆35側連接，並且第2電極12與正極端子30a側連接。因此，可熔導體5被以串聯的方式導入電池堆35之充放電路徑。又，在保護元件1中， 發熱體3透過第2發熱體電極16與電流控制元件37連接，並且該發熱體3與電池堆35之開放端連接。因此，發熱體3之一端部透過發熱體引出電極4、可熔導體5及第1電極11與電池堆35之一方之開放端連接。發熱體3之另一端部透過第2發熱體電極16與電流控制元件37及電池堆35之另一方之開放端連接。因此，形成對發熱體3的供電路徑，並且對該發熱體3的通電由電流控制元件37控制。

[保護元件之操作]

若電池組30流過超過額定的過電流，則在保護元件1中，因為可熔導體5自身發熱且熔融，所以電池組30之充放電路徑被阻斷。

又，檢測電路36若檢測出電池單元31~34中之任一個的異常電壓，則向電流控制元件37輸出遮斷信號。該電流控制元件37根據遮斷信號，控制電流以使發熱體3通電。在保護元件1中，因為電流從電池堆35經由第1電極11、可熔導體5及發熱體引出電極4流向發熱體3，所以該發熱體3開始發熱。因此，在保護元件1中，若可熔導體5被發熱體3加熱，則因為該可熔導體5熔斷，所以電池堆35之充放電路徑被阻斷(圖3)。

此時，在利用過電壓時的發熱體3的可熔導體5熔斷時，在保護元件1中，因為發熱體3被複數分割，所以在維持與發熱體3沒有被複數分割的情況同等的發熱量的同時，緩和起因於發熱的對絕緣基板2的熱衝擊。因此，在保護元件1中，即使在為了因應大電流容量而使可熔導體5大型化、且使發熱體3之電力增大的情況下，也能夠藉由可熔導體5 之熔斷所需時間不延長、且絕緣基板2不易破裂，實現穩定的發熱操作。

又，在保護元件1中，藉由發熱體引出電極4以透過絕緣構件13與多個發熱體3局部重疊之方式配設，因為各個發熱體3所發生的熱量透過絕緣構件13有效地傳送至可熔導體5，所以能夠快速加熱可熔導體5並使其熔融。又，在保護元件1中，發熱體3所發生的熱量更加容易傳送至發熱體引出電極4及可熔導體5。因此，由於對絕緣基板2的熱衝擊被緩和，所以絕緣基板2及發熱體3不易破裂。

又，在保護元件1中，由於可熔導體5含有高熔點金屬與低熔點金屬，利用經熔融的低熔點金屬對高熔點金屬的侵蝕作用，能夠使可熔導體5在短時間熔斷。

又，在保護元件1中，因為由於可熔導體5熔斷，對發熱體3的供電路徑被阻斷，所以該發熱體3的發熱停止。

本發明之一種實施形態之保護元件不只限使用於搭載有鋰離子二次電池的電池組的情況下，當然也可以應用於需要根據電氣信號阻斷電流路徑的各種用途。

[第2實施例]

又，在應用有本發明之一種實施形態之保護元件中，如圖10所示，也可以貫通發熱體引出電極4、絕緣構件13及絕緣基板2之方式，來設置用於吸引可熔導體5之熔融物熔融導體5a的吸引孔51。此外，在以下的說明中，對於與上述保護元件1相同的構件附加上相同的圖式標記，並省略了對該相同構件的詳細的說明。

在設有吸引孔51的保護元件50中，若可熔導體5利用伴隨過電流的自身發熱而熔融、或者可熔導體5利用伴隨過電壓的發熱體3的發熱而熔融，則因為利用毛細管現象而熔融導體5a被吸引至吸引孔51之內部，所以該熔融導體5a之體積減少。在保護元件50中，即使在藉由為了對應大電流用途而使可熔導體5之截面積增大，而熔融量增大的情況下，也因為熔融導體5a被吸引孔51吸引，所以能夠使該熔融導體5a之體積減少。

因此，在保護元件50中，可熔導體5迅速且可靠地熔斷。又，在保護元件50中，即使在利用伴隨過電流的可熔導體5的自身發熱的阻斷時發生電弧放電，也能夠減少起因於該電弧放電的熔融導體5a的飛散。因此，能夠防止絕緣電阻降低，並且能夠防止起因於熔融導體5a附著於可熔導體5之周圍電路的短路故障。

在吸引孔51之內壁面，設有導電層52。藉由設有導電層52，吸引孔51變得容易吸引熔融導體5a。導電層52例如含有導電性材料中之任一種或二種以上。該導電性材料例如為銅、銀、金、鐵、鎳、鈀、鉛、錫、及以該等作為主要成分的合金等。在吸引孔51之內壁面，藉由使用電解電鍍法、印刷法等已知的方法成膜導電性材料(導電性膏)，形成導電層52。

又，吸引孔51較佳係在絕緣基板2之厚度方向上延伸的貫通孔。因此，在吸引孔51中，熔融導體5a被吸引至絕緣基板2之背面2b。由此，因為更多的熔融導體5a被吸引，所以在可熔導體5熔斷的地方熔融導體5a之體積更加減少。此外，該吸引孔51也可以係非貫通孔。

又，如圖11所示，在絕緣基板2之表面2a透過絕緣構件13 配設有發熱體引出電極4，吸引孔51配設於下述位置：該位置對應於該發熱體引出電極4之寬度方向的中央位置。此外，吸引孔51的數目也可以為複數。因為吸引熔融導體5a的路徑增加，所以，更多的熔融導體5a被吸引孔51吸引。因此，在可熔導體5熔斷的地方，熔融導體5a之體積更加減少。此處，多個吸引孔51例如以直線狀、即排在一排的方式配置。

又，設於吸引孔51之內壁面的導電層52與發熱體引出電極4連接。導電層52之表面與發熱體引出電極4之表面較佳為在同一平面內。導電層52與發熱體引出電極4也可以一體化。因此，在保護元件50中，於發熱體引出電極4上凝集的熔融導體5a在發熱體引出電極4之表面及導電層52之表面變得容易潤濕、擴散，並且該熔融導體5a透過導電層52容易被引導至吸引孔51之內部。

又，在絕緣基板2之背面2b，以與設於吸引孔51之內壁面的導電層52連接的方式，配設背面電極53。如圖12所示，背面電極53與導電層52連接。背面電極53之表面與導電層52之表面較佳為在同一平面內。背面電極53與導電層52也可以一體化。因此，若可熔導體5熔融，則從絕緣基板2之表面2a經由吸引孔51移動至背面2b的熔融導體5a在背面電極53上凝集。因此，在保護元件50中，熔融導體5a在背面電極53之表面及導電層52之表面變得容易潤濕、擴散。又，因為更多的熔融導體5a被吸引孔51吸引，所以在可熔導體5熔斷的地方熔融導體5a之體積更加減少。

此外，在保護元件50中，發熱體3也可以配設於絕緣基板2之表面2a、背面2b或者絕緣基板2之內部。

在發熱體3配設於絕緣基板2之背面2b的情況下，該發熱體3之一端部與背面電極53連接，並且透過導電層52及發熱體引出電極4與可熔導體5電連接。又，發熱體3之另一端部與配設於背面2b的第2發熱體電極16連接。同樣，在發熱體3配設於絕緣基板2之內部的情況下，發熱體3之一端部透過第1發熱體電極15及發熱體引出電極4與可熔導體5電連接，並且發熱體3之另一端部與第2發熱體電極16連接。

若發熱體3配設於絕緣基板2之背面2b，在保護元件50中，因為背面電極53被發熱體3加熱，所以更多的熔融導體5a容易凝集。因此，在保護元件50中，因為熔融導體5a容易從發熱體引出電極4透過導電層52移動至背面電極53，所以能夠促進在吸引孔51中對熔融導體5a的吸引作用。因此，可熔導體5容易熔斷。

又，若發熱體3配設於絕緣基板2之內部，在保護元件50中，因為發熱體引出電極4及背面電極53透過導電層52被發熱體3加熱，所以更多的熔融導體5a容易凝集。因此，在保護元件50中，因為熔融導體5a容易從發熱體引出電極4透過導電層52移動至背面電極53，所以能夠促進在吸引孔51中對熔融導體5a的吸引作用。因此，可熔導體5容易熔斷。

又，在保護元件50中，也可以於吸引孔51之內部，填充與可熔導體5之形成材料相同或者類似的材料、比可熔導體5之形成材料熔點低的預備焊料55、或助熔劑等。在保護元件50中，當發熱體3發熱時，導熱性優異的導電層52、發熱體引出電極4及背面電極53的溫度比絕緣基板2的溫度先提高。由此，因為預備焊料55等比可熔導體5先熔融，所以熔融導體5a被吸引孔51吸引。因此，因為熔融導體5a從絕緣基板2之表 面2a移動至背面2b，所以不管保護元件50的朝向，第1電極11與第2電極12之間的電流路徑容易被阻斷。

此處，沒有使用上述本發明之一種實施形態之保護元件時所產生的問題，如下所述。

作為對本發明之保護元件1的參考例的保護元件100，如圖14及圖15所示，具備：絕緣基板103、第1電極101及第2電極102、發熱體104、玻璃層105、發熱體引出電極106、一對發熱體連接電極107a和107b、第1發熱體電極108、第2發熱體電極109、以及可熔導體110。第1電極101及第2電極102連接於外部電路。發熱體104配設於絕緣基板103上，並且包含W、Mo、Ru等高熔點金屬。玻璃層105絕緣被覆發熱體104。發熱體引出電極106以與發熱體104重疊的方式配設於玻璃層105上，並且與該發熱體104電連接。一對發熱體連接電極107a和107b配設於絕緣基板103上，並且與寬度方向上的發熱體104之兩端部連接。第1發熱體電極108透過發熱體連接電極107a與發熱體104連接，並且與發熱體引出電極106連接。第2發熱體電極109與發熱體連接電極107a連接，並且使發熱體104連接於外部的供電電路。可熔導體110透過發熱體引出電極106連接於第1電極101及第2電極102。該可熔導體110透過焊料等連接材料111，與第1電極101、第2電極102及發熱體引出電極106連接。此外，在圖15中，省略了玻璃層105。

在保護元件100中，藉由第1電極101及第2電極102連接於外部電路，使可熔導體110裝入外部電路之電流路徑。又，在保護元件100中，藉由第2發熱體電極109連接於外部電路，形成從第1電極101經 由可熔導體110、發熱體引出電極106、發熱體104及第2發熱體電極109至外部電路的供電路徑，即對發熱體104的供電路徑。

通常在保護元件100中，藉由設於外部電路的開關元件，對供電路徑進行通電限制。然後，在阻斷外部電路之電流路徑的情況下，在保護元件100中，若由開關元件解除對供電路徑的通電限制，則因為該發熱體104被通電同時發熱，可熔導體110熔斷。因此，外部電路之電流路徑被阻斷，同時也停止對發熱體104供電。

為了對應大電流容量，在保護元件100中，藉由使可熔導體110之截面積增大，來謀求該可熔導體110的低電阻化。此處，若為了對應大電流使可熔導體110之截面積增大，則為了利用發熱體104的發熱使可熔導體110熔斷所需的電力也增大。

但是，在用於電流容量比較低的用途的保護元件中，若將可熔導體110大型化、且向該可熔導體110流入大電流，則因為對絕緣基板103的熱衝擊變得過大，在配設有發熱體104的地方絕緣基板103容易破裂。在絕緣基板103中，因為越是接近外邊部起因於放熱的冷卻效果也越高，並且在中央部成為最高溫，所以若在該中央部形成發熱體104，則伴隨熱膨脹的應力變大。又，在保護元件100中，因為在透過玻璃層105與發熱體104重疊的發熱體引出電極106上，固定了可熔導體110，所以於絕緣基板103之中央部產生的應力(變形)會影響保護元件100的動作。具體而言，因為絕緣基板103之中央部變得容易破裂，並且形成於該中央部的發熱體104變得容易破裂，所以有可能出現起因於供電路徑被阻斷而停止發熱等，保護元件100的動作變得不穩定的情況。

如此傾向，越是為了提高保護元件100之電流額定值而使可熔導體110大型化、並且為了謀求保護元件100之小型化而使絕緣基板103薄型化，就越是變得顯著。

為了緩和對如此絕緣基板103的熱衝擊，例如也可以設想藉由增大發熱體104之面積，使電力密度降低。然而，若降低電力密度，則雖然能夠防止絕緣基板103及發熱體104破裂，但是因為對可熔導體110的傳熱效率降低，所以難以迅速使該可熔導體110熔斷。

[實施例]

接著，對本發明之實施例進行說明。在本實施例中，準備：在絕緣基板2上配置有二個發熱體3、且以與該二個發熱體3局部重疊的方式配置有發熱體引出電極4的保護元件1(實施例：參照圖1)；以及在絕緣基板2上配置有二個發熱體3、且以不與該二個發熱體3局部重疊的方式配置有發熱體引出電極4的保護元件200(比較例：參照圖13)，測定了利用發熱體3之發熱的可熔導體5的熔斷時間。

在實施例的保護元件1及比較例的保護元件200中，作為絕緣基板2，使用表面配設有二個發熱體3的陶瓷基板。又，作為連接於第1電極11及第2電極12的可熔導體5，使用施加有鍍Ag處理(厚度為6μm)的Sn-Ag-Cu系金屬箔(厚度為0.35mm、寬度為5.4mm)。可熔導體5與第1電極11及第2電極12使用焊料連接。又，第1電極11及第2電極12由PPS製的外框體10支撐。

藉由對實施例的保護元件1及比較例的保護元件200施加32W及100W的電力，利用發熱體3之發熱使可熔導體5熔斷，測定了該可 熔導體5的熔斷時間。在此情況下，將測定回數(樣品數)定為4。測定結果表示於表1中。

如表1所示，在實施例的保護元件1中，在施加的電力係32W及100W之任一者的情況下，比起比較例的保護元件200熔斷時間都變短。另一方面，在比較例的保護元件200中，在施加100W的電力的情況下，在一半的樣品中因為絕緣基板2破裂，所以沒有能夠使可熔導體5熔斷(NG)。

該結果表示以下傾向。在實施例中，發熱體引出電極4以與二個發熱體3重疊的方式配置。為此，因為各個發熱體3所發生的熱量容易透過絕緣構件13有效地傳送至發熱體引出電極4，所以可熔導體5被快速加熱並熔融。又，在實施例中，發熱體3所發生的熱量更加容易向發熱體引出電極4及可熔導體5傳送。因此，即使在施加100W的電力的情況下，也因為能夠緩和對絕緣基板2的熱衝擊，所以絕緣基板2及發熱體3變得不易破裂。

另一方面，在比較例中，發熱體引出電極4以不與二個發熱體3重疊的方式配置。為此，因為各個發熱體3所發生的熱量難以有效地傳送至發熱體引出電極4、即由發熱體3對發熱體引出電極4的傳導效率低，所以比起實施例熔斷時間延長。再者，在比較例中，發熱體3所發生的熱量變得容易蓄積於絕緣基板2。因此，在施加100W的電力的情況下，因為對絕緣基板2的熱衝擊變得過大，所以在一半的樣品中絕緣基板2破裂且可熔導體5沒有熔斷。

因此，在絕緣基板上配置有多個發熱體、且以與各個發熱體局部重疊的方式配置有發熱體引出電極的保護元件對於迅速使可熔導體熔斷，並且利用對絕緣基板熱衝擊的緩和、確保穩定的發熱操作係有效的。

本申請案以2014年5月28日於日本專利局申請之日本專利申請案2014-110513為基礎主張優先權，且參照該案之全部內容以引用之方式併入本文中。

凡熟悉本案技術者根據設計要求及其他因素所作之各種修改，組合，子組合及變更，皆應涵蓋於附加之申請專利範圍及其均等物之 範疇內。

1‧‧‧保護元件

2‧‧‧絕緣基板

2a‧‧‧表面

3A,3B‧‧‧發熱體

4‧‧‧發熱體引出電極

5‧‧‧可熔導體

7‧‧‧連接材料

10‧‧‧外框體

11‧‧‧第1電極

12‧‧‧第2電極

13‧‧‧絕緣構件

Claims (9)

1. 一種保護元件，其具備：絕緣基板；多個發熱體，其配設於所述絕緣基板上；發熱體引出電極(heat generator extraction electrode)，其分別與所述多個發熱體電連接；以及可熔導體，由所述發熱體引出電極支撐。
2. 如申請專利範圍第1項之保護元件，其中，所述發熱體引出電極以分別與所述多個發熱體局部重疊之方式配設。
3. 如申請專利範圍第2項之保護元件，其中，所述多個發熱體以所述絕緣基板之中央作為邊界，配設於該邊界之兩側，所述發熱體引出電極配設於從所述絕緣基板之中央至其兩側的區域。
4. 如申請專利範圍第1項之保護元件，其中，所述可熔導體在既定的方向上延伸，所述多個發熱體各自具有矩形狀的平面形狀，該矩形狀的平面形狀以與所述可熔導體之延伸方向交叉的方向作為長度方向，所述長度方向上的所述多個發熱體各自之一端部與所述發熱體引出電極連接，所述長度方向上的所述多個發熱體各自之另一端部與外部連接電極連接。
5. 如申請專利範圍第1項之保護元件，其中， 所述可熔導體在既定的方向上延伸，在與所述可熔導體之延伸方向交叉的方向上的所述多個發熱體之一側，外部連接電極以分別與該多個發熱體對向之方式配設，所述絕緣基板在沒有配設所述多個發熱體之區域中，透過所述外部連接電極固定於外部電路。
6. 如申請專利範圍第5項之保護元件，其中，在所述絕緣基板之表面配設有所述多個發熱體，在與所述絕緣基板之表面為相反側之背面配設有連接端子部，所述外部連接電極透過設於所述絕緣基板上之導電通孔與所述連接端子部連接，所述連接端子部連接於所述外部電路。
7. 如申請專利範圍第5項之保護元件，其中，在所述絕緣基板之表面配設有所述多個發熱體，從所述絕緣基板之表面至相反側之背面配設有焊橋(solder bridge)，所述外部連接電極透過所述焊橋連接於所述外部電路。
8. 如申請專利範圍第1項之保護元件，其中，所述絕緣基板具有在厚度方向上的吸引孔，所述吸引孔吸引所述可熔導體之熔融物即熔融導體。
9. 一種電池組，其具備：一個以上的電池單元；保護元件，其以能夠阻斷流過所述一個以上的電池單元的電流之方式，連接於該一個以上的電池單元；以及 電流控制元件，其分別檢測所述一個以上的電池單元的電壓值且控制用於加熱所述保護元件的電流，所述保護元件具備：絕緣基板；多個發熱體，其配設於所述絕緣基板上；發熱體引出電極，其分別與所述多個發熱體電連接；以及可熔導體，其由所述發熱體引出電極支撐。