TW202119445A - 保護元件、電池組 - Google Patents

Abstract

本發明提供一種保護元件，其藉由設置於殼體之開口部而釋放殼體內部之壓力，防止元件破壞，且能夠確保適切之絕緣性。 本發明之保護元件具備：可熔導體3；第1、第2外部連接端子7、8，其等與可熔導體3之兩端部連接；及殼體6，其具有下側外殼4及上側外殼5；且第1外部連接端子7及第2外部連接端子8之各一端自殼體6導出；殼體6面向第1外部連接端子7之正面形成有第1開口部24，面向第2外部連接端子8之正面形成有第2開口部25。

Description

保護元件、電池組

本發明係關於一種遮斷電流路徑之保護元件、及使用其之電池組。本發明申請案係以於日本於2019年8月29日申請之日本專利申請案編號日本發明專利申請2019-157432為基礎而主張其優先權者，該發明申請案藉由被參照而援用於本發明申請案。

多數之能夠充電而重複利用之二次電池被加工為電池組而提供給使用者。尤其是在重量能量密度較高之鋰離子二次電池中，為了確保使用者及電子機器之安全，一般而言，將過充電保護、過放電保護等若干個保護電路內置於電池組，具有於特定之情形下遮斷電池組之輸出之功能。

於多數之使用鋰離子二次電池之電子裝置中，藉由使用內置於電池組之FET開關進行輸出之導通/關斷，而進行電池組之過充電保護或過放電保護動作。然而，在因某種原因，FET開關發生短路破壞之情形下、在被施加雷電突波等，流通瞬間性大電流之情形下、或在因電池單元之壽命，而輸出電壓異常降低、或相反輸出過大異常電壓之情形下，亦必須保護電池組及電子機器免受起火等事故之害。因而，為了於此可能設想到之任意之異常狀態下，亦安全地遮斷電池單元之輸出，而使用包含具有藉由來自外部之信號遮斷電流路徑之功能之保險絲元件之保護元件。

作為面向此鋰離子二次電池等之保護電路之保護元件，使用在保護元件內部具有發熱體，藉由該發熱體之發熱，將設置於電流路徑上之可熔導體熔斷之構造。 [先前技術文獻] [專利文獻]

專利文獻1：日本特開2015-53260號公報

[發明所欲解決之問題]

鋰離子二次電池之用途近年來擴大，業界曾探討更大電流之用途，例如採用至電動螺絲刀等電動工具、或混合動力車、電動車、電動輔助自行車等輸送機器，部分採用已開始。於該等用途中，尤其是於啟動時等，有流通如超過數10 A～100 A之大電流之情形。較理想為實現應對此大電流容量之保護元件。

為了實現應對此大電流之保護元件，曾提案使用使剖面積增大之可熔導體，於該可熔導體之正面，連接形成有發熱體之絕緣基板之保護元件。

圖17、圖18、圖19係顯示設想大電流用途之保護元件之一構成例之圖，圖17係外觀立體圖，圖18係剖視圖，圖19係省略上側外殼而顯示之俯視圖。圖17所示之保護元件100藉由在與電池之充放電電路等外部電路連接之第1、第2外部連接端子101、102間連接可熔導體103，而構成該外部電路之一部分，於過電壓等異常時，藉由可熔導體103熔融，而遮斷第1外部連接端子101與第2外部連接端子102之間之電流路徑。

保護元件100具備：絕緣基板105；第1、第2外部連接端子101、102，其等與外部電路連接；2個發熱體106，其等排列於絕緣基板105之正面；絕緣層107，其被覆發熱體106；正面電極108，其積層於絕緣層107上，且與發熱體106連接；及可熔導體103，其跨於第1外部連接端子101、正面電極108、及第2外部連接端子102經由銲膏而搭載。

保護元件100藉由第1、第2外部連接端子101、102跨於元件殼體之內外而配設，且藉由螺固等連接於設置於供保護元件100安裝之外部電路基板之連接電極，而將可熔導體103組裝入形成於外部電路基板上之電流路徑之一部分。

發熱體106係具有電阻值較高且當通電時發熱之導電性之構件，包含例如鎳鉻合金、W、Mo、Ru等或包含其等之材料。又，發熱體106與形成於絕緣基板105之正面上之發熱體饋電電極109連接。發熱體饋電電極109經由銲膏與第3外部連接端子110連接。保護元件100藉由第3外部連接端子110連接於設置於供保護元件100安裝之外部電路基板之連接電極，而將發熱體106與設置於外部電路之外部電源連接。而且，發熱體106係由未圖示之開關元件等常時控制通電及發熱。

發熱體106由包含玻璃層等之絕緣層107被覆，且於絕緣層107上形成正面電極108，藉此介隔著絕緣層107重疊正面電極108。又，於正面電極108上，經由銲膏連接跨於第1、第2外部連接端子101、102間連接之可熔導體103。

藉此，保護元件100之發熱體106與可熔導體103藉由重疊而熱性連接，若發熱體106藉由通電而發熱，則可將可熔導體103熔斷。

可熔導體103係由無Pb焊料等低熔點金屬、或Ag、Cu或以其等為主成分之合金等高熔點金屬形成，或具有低熔點金屬與高熔點金屬之積層構造。而且，可熔導體103藉由自第1外部連接端子101跨於正面電極108直到第2外部連接端子102而連接，而構成組裝有保護元件100之外部電路之電流路徑之一部分。而且，可熔導體103藉由因流通超過額定之電流，自發熱(焦耳熱)，而熔斷，或因發熱體106之發熱而熔斷，將第1、第2外部連接端子101、102間予以遮斷。

而且，保護元件100當產生遮斷外部電路之電流路徑之需要時，藉由開關元件，向發熱體106通電。藉此，保護元件100之發熱體106發熱至高溫，將組裝入外部電路之電流路徑上之可熔導體103熔融。可熔導體103之熔融導體藉由朝潤濕性較高之正面電極108及第1、第2外部連接端子101、102拉近，而將可熔導體103熔斷。因而，保護元件100使第1外部連接端子101～正面電極108～第2外部連接端子102之間熔斷，可遮斷外部電路之電流路徑。

此處，保護元件100具有下側外殼111、及上側外殼112，該等下側外殼111與上側外殼112藉由被接合，而構成保護元件100之殼體113。下側外殼111支持絕緣基板105、第1、第2外部連接端子101、102、及第3外部連接端子110。上側外殼112具有收容上述之元件內部構成之空間。下側外殼111藉由在外側緣部被供給接著劑，與上側外殼112對接而被接合。

此處，保護元件100為了應對大電流用途，而如上述般謀求可熔導體103之大型化、及發熱體106之發熱量之增加。然而，由於伴隨於此，可熔導體103之熔斷時之熱衝擊亦變大，且外殼內部之空氣急劇膨脹，故有如圖20所示般，產生上側外殼112脫落之虞。對於此問題，業界亦曾提案使殼體113具有耐受該壓力之接合強度、或設置開口部而釋放壓力之方法。

然而，為了提高殼體之強度，必須以陶瓷等形成筒狀或箱狀之構造，有成本變高之問題。又，在設置開口部之情形下，亦有當開口部未設置於適切之位置時，保險絲單元熔斷時之氣化物質朝元件周邊噴出，產生電子機器內部之污損及未預期到之短路之風險等無法確保適切之絕緣性之問題。

因而，本發明之目的在於提供一種保護元件、及使用其之電池組，其藉由設置於殼體之開口部而釋放殼體內部之壓力，防止元件破壞，且能夠確保適切之絕緣性。 [解決問題之技術手段]

為了解決上述之問題，本發明之保護元件具備：可熔導體；第1、第2外部連接端子，其等與上述可熔導體之兩端部連接；及殼體，其具有下側外殼及上側外殼；且上述第1外部連接端子及上述第2外部連接端子之各一端自上述殼體導出；上述殼體面向上述第1外部連接端子之正面形成有第1開口部，面向上述第2外部連接端子之正面形成有第2開口部。

又，本發明之電池組具備：1個以上之電池單元；及保護元件，其連接於上述電池單元之充放電路徑上，遮斷該充放電路徑；且上述保護元件具備：可熔導體；第1、第2外部連接端子，其等與上述可熔導體之兩端部連接；及殼體，其具有下側外殼及上側外殼；上述第1外部連接端子及上述第2外部連接端子之各一端自上述殼體導出；上述殼體面向上述第1外部連接端子之正面形成有第1開口部，面向上述第2外部連接端子之正面形成有第2開口部。 [發明之效果]

根據本發明，藉由面向第1外部連接端子之正面形成第1開口部，面向第2外部連接端子之正面形成第2開口部，而能夠釋放在可熔導體之熔斷時於殼體之內部急劇膨脹之空氣，防止因內壓之急速上升所致之殼體之破損。又，根據本發明，即便在可熔導體之熔融導體及其氣化物質自第1、第2開口部朝殼體之外部飛散之情形下，亦能夠將其等捕集至第1、第2外部連接端子。藉此，保護元件能夠釋放殼體內部之壓力，防止元件破壞，且自第1、第2開口部噴出之熔融導體及其氣化物質不會附著於元件周邊，防止電子機器內部之污損及未預期到之短路之風險。

以下，針對應用本發明之保護元件、電池組，一面參照圖式，一面詳細說明。此外，本發明並非僅限定於以下之實施形態，當得在不脫離本技術之要旨之範圍內可進行各種變更。又，圖式係示意性圖式，各尺寸之比例等有與實際者不同之情形。具體的尺寸等應參酌以下之說明而加以判斷。又，在圖式相互間當亦含有彼此之尺寸之關係或比例不同之部分。

[第1實施形態] 於圖1、圖2、圖3中顯示應用本發明之保護元件1。保護元件1具備：絕緣基板2；可熔導體3，其搭載於絕緣基板2之正面；及殼體6，其具有：支持絕緣基板2之背面的下側外殼4、及覆蓋絕緣基板2之正面的上側外殼5，藉由將下側外殼4與上側外殼5接合，而收納絕緣基板2。又，保護元件1具有第1、第2外部連接端子7、8。第1、第2外部連接端子7、8跨於殼體6之內外而配設，藉由螺固等而連接於設置在供保護元件1安裝之外部電路的連接電極。第1、第2外部連接端子7、8由下側外殼4支持，且各一端藉由可熔導體3而連接。而且，保護元件1因經由第1、第2外部連接端子7、8而組入外部電路，從而可熔導體3構成該外部電路之電流路徑之一部分，藉由後述之發熱體10發熱、或超過額定之過電流而熔斷，而可遮斷電流路徑。

[絕緣基板] 絕緣基板2例如由氧化鋁、玻璃陶瓷、莫來石、氧化鋯等具有絕緣性之構件形成。此外，絕緣基板2亦可使用玻璃環氧樹脂基板、酚基板等印刷配線基板所使用之材料。於圖3所示之絕緣基板2中，將經由後述之正面電極11而連接之可熔導體3之過放電狀態延伸方向之兩側緣設為第1側緣部2c，將形成後述之發熱體電極15及發熱體饋電電極16之兩側緣設為第2側緣部2d。

[發熱體] 將可熔導體3熔斷之發熱體10係具有電阻值較高且當通電時發熱之導電性之構件，包含例如鎳鉻合金、W、Mo、Ru、Cu、Ag、或以其等為主成分之合金等。可藉由將該等合金或組成物、化合物之粉狀體與樹脂黏合劑等混合而形成糊狀物，將該糊狀物利用絲網印刷技術於絕緣基板2之正面2a上形成圖案，藉由煅燒等而形成。

發熱體10在絕緣基板2之正面2a上由絕緣層9被覆。於絕緣層9上，積層後述之正面電極11。絕緣層9之設置係為了謀求發熱體10之保護及絕緣，且高效率地向正面電極11及可熔導體3傳遞發熱體10之熱，由例如玻璃層構成。

發熱體10之一端與形成於絕緣基板2之正面2a之發熱體電極15連接。又，發熱體電極15與形成於絕緣層9上之正面電極11連接。藉此，發熱體10與搭載於正面電極11上之可熔導體3電性連接。又，發熱體10之另一端與發熱體饋電電極16連接。發熱體饋電電極16形成於絕緣基板2之正面2a，且經由銲膏等連接材料20與第3外部連接端子17連接，經由該第3外部連接端子17與外部電路連接。而且，保護元件1藉由與外部電路連接，而經由第3外部連接端子17將發熱體10組入形成於外部電路之向發熱體10之饋電路徑。

又，發熱體10如圖3所示般，以通電方向成為與可熔導體3之通電方向交叉之方向之方式形成，發熱體電極15及發熱體饋電電極16形成於第2側緣部2d此舉，在有效率地使用絕緣基板2之面積上較佳。

又，發熱體10可於絕緣基板2之正面形成複數個。於圖3所示之保護元件1之例中，形成2個發熱體10。各發熱體10之一端與發熱體電極15連接，另一端與發熱體饋電電極16連接，且電性並聯連接。

此外，保護元件1亦可將發熱體10形成於積層於絕緣基板2之正面2a之絕緣層9之內部。又，保護元件1可將發熱體10形成於絕緣基板2之內部。又，保護元件1可將發熱體10形成於絕緣基板2之背面2b。此外，於將發熱體10形成於絕緣基板2之背面2b之情形下，發熱體10之一端與形成於絕緣基板2之背面2b之背面電極連接，經由貫通背面電極及正面電極11間之導電貫通孔與搭載於正面電極11上之可熔導體2電性連接。又，發熱體10之另一端經由形成於絕緣基板2之背面2b之發熱體饋電電極與第3外部連接端子17連接。

[正面電極] 於絕緣層9上，形成經由發熱體電極15與發熱體10連接、且與可熔導體3連接之正面電極11。正面電極11經由銲膏等接合材料20連接於可熔導體3。又，正面電極11當可熔導體3熔融時將熔融導體3a凝聚，藉此可將可熔導體3熔斷。

正面電極11可形成吸引孔12。吸引孔12當可熔導體3熔融時，藉由毛細管現象吸引該熔融導體3a，減小在正面電極11上保持之熔融導體3a之體積(參照圖4)。保護元件1即便於因為了應對大電流用途，增大可熔導體3之剖面積，而熔融量增大之情形下，亦可藉由使吸引孔12吸引，而減小熔融導體3a之體積。具有此構成之絕緣基板2構成熔斷構件18，該熔斷構件18當發熱體10通電、發熱時，藉由該熱，使可熔導體3熔融，朝吸引孔12吸引該熔融導體3a而進行遮斷。

藉此，保護元件1可減小在正面電極11上保持之熔融導體3a之體積，更確實地謀求第1、第2外部連接端子7、8間之絕緣，又，減輕因在可熔導體3之熔斷時產生之電弧放電所致之熔融導體3a之飛散，防止絕緣電阻降低，進而，防止因可熔導體3向搭載位置之周邊電路之附著所致之短路故障。

吸引孔12於內面形成導電層13。藉由形成導電層13，而吸引孔12可容易吸引熔融導體3a。導電層13係由例如銅、銀、金、鐵、鎳、鈀、鉛、錫之任一者、或以任一者為主成分之合金形成，可藉由電解鍍覆或導電膏體之印刷等周知之方法形成吸引孔12之內面。又，導電層13可藉由將複數條金屬線、或具有導電性之帶狀物之集合體插入吸引孔12內而形成。

又，吸引孔12較佳為形成為於絕緣基板2之厚度方向貫通之貫通孔。藉此，吸引孔12可將熔融導體3a吸引至絕緣基板2之背面2b側，可吸引更多之熔融導體3a，而減小熔斷部位之熔融導體3a之體積。此外，吸引孔12可形成為非貫通孔。

吸引孔12之導電層13與形成於絕緣基板2之正面2a之正面電極11連續。由於正面電極11支持可熔導體3且供熔融導體3a凝聚，故藉由正面電極11與導電層13連續，而可容易地將熔融導體3a導引至吸引孔12內。

此外，導電層13及正面電極11藉由被發熱體10加熱，而可容易將可熔導體3之熔融導體3a向吸引孔12內吸引，且容易將其在正面電極11上凝聚。因而，保護元件1可促進自正面電極11經由導電層13向吸引孔12吸引熔融導體3a之作用，確實地將可熔導體3熔斷。

又，可於絕緣基板2之背面2b，形成與吸引孔12之導電層13連接之背面電極14。藉由背面電極14與導電層13連續，而當可熔導體3熔融時，經由吸引孔12移動之熔融導體3a凝聚(參照圖4)。藉此，保護元件1可吸引更多之熔融導體3a，而減小熔斷部位之熔融導體3a之體積。

此外，保護元件1可藉由形成複數個吸引孔12，而增加吸引可熔導體3之熔融導體3a之路徑，藉由吸引更多之熔融導體3a，而減小熔斷部位之熔融導體3a之體積。此時，複數個吸引孔12可跨於正面電極11與可熔導體3重疊之可熔導體3之寬度方向而形成。又，吸引孔12亦可形成於供熔融導體3a潤濕擴展之正面電極11與可熔導體3不重疊之區域。

又，在將2個發熱體10排列設置之情形下，於形成於絕緣基板2之正面2a、背面2b或內部之任一情形下均形成於吸引孔12之兩側此舉，在加熱正面電極11及背面電極14，且將更多之熔融導體3a吸引、凝聚上較佳。

[殼體] 其次，針對保護元件1之殼體6，進行說明。殼體6藉由將下側外殼4與上側外殼5藉由接著劑接合而形成。殼體6例如可使用各種工程塑膠、熱塑性塑膠、陶瓷等具有絕緣性之構件而形成。又，殼體6於絕緣基板2之正面2a上具有充分之內部空間，以供可熔導體3於熔融時膨脹為球狀，且供熔融導體3a在正面電極11及第1、第2外部連接端子7、8上凝聚。

[下側外殼] 如圖2所示般，下側外殼4於大致中央部設置將絕緣基板2之中央部保持為中空之凹面部23。下側外殼4沿凹面部23之側緣支持絕緣基板2之外側緣。藉由設置凹面部23，而可減小下側外殼4與絕緣基板2之接觸面積，抑制發熱體10之熱由下側外殼4吸熱。因而，保護元件1可將發熱體10之熱高效率地傳遞至可熔導體3，可使其更快速地熔斷。尤其是，藉由將凹面部23設置於下側外殼4之大致中央部，而可將發熱體10之正下方設為中空，抑制發熱體10之熱向下側外殼4之散熱。

[上側外殼] 上側外殼5覆蓋形成於絕緣基板2之正面2a上之可熔導體3及第1、第2外部連接端子7、8，且具有可供熔斷之可熔導體3a於正面電極11及第1、第2外部連接端子7、8上凝聚之內部空間。

又，上側外殼5於與下側外殼4對接之側壁之下端面形成凹部，該凹部用於將由下側外殼4支持之第1、第2外部連接端子7、8及第3外部連接端子17跨於殼體6之內外而配設。該凹部形成於與第1、第2外部連接端子7、8及第3外部連接端子17之配設位置對應之位置，且凹部具有與第1、第2外部連接端子7、8及第3外部連接端子17之形狀相應之形狀。因而，殼體6使下側外殼4與上側外殼5無間隙地對接且接合，且可使第1、第2外部連接端子7、8及第3外部連接端子17向殼體外導出。

[第1～第3開口部] 又，應用本發明之保護元件1面向第1外部連接端子7之正面而形成有第1開口部24，面向第2外部連接端子8之正面而形成有第2開口部25。又，保護元件1面向第3外部連接端子17之正面而形成有第3開口部26。

保護元件1若為了應對大電流用途，而使可熔導體3大型化、或增加發熱體10之發熱量，則因可熔導體3之熔斷時之內壓之上升所致之對殼體6之負載變大。保護元件1藉由形成第1～第3開口部24～26，而能夠釋放在可熔導體3之熔斷時於殼體6之內部急劇膨脹之空氣，防止因內壓之急速上升所致之殼體6之破損。

第1開口部24面向第1外部連接端子7之正面而形成，第2開口部25面向第2外部連接端子8之正面而形成，第3開口部26面向第3外部連接端子17之正面而形成。第1～第3開口部24～26因形成於上側外殼5之下側緣，而在以LCP(Liquid Crystal Polymer，液晶聚合物)等塑膠將下側外殼4及上側外殼5成型之情形等下，成型性優異，且在其他之材料或製造步驟中，加工性亦優異。

第1～第3外部連接端子7、8、17由於朝殼體6之外部導出，且與外部電路之電極端子連接，故與藉由發熱體10之發熱或因過電流引起之自己發熱而熔斷之可熔導體3之熔融導體3a及其氣化物質比較，溫度格外低。又，具有導電性之第1～第3外部連接端子7、8、17在對於熔融導體3a之潤濕性上優異。因此，通過第1～第3開口部24～26之熔融導體3a及其氣化物質容易與面向第1～第3開口部24～26之第1～第3外部連接端子7、8、17接觸，且藉由接觸而被急劇冷卻。

因而，保護元件1即便在可熔導體3之熔融導體3a及其氣化物質自第1～第3開口部24～26向殼體6之外部飛散之情形下，亦可使其等附著於金屬製之第1、第2外部連接端子7、8及第3外部連接端子17而被捕集。藉此，保護元件1能夠釋放殼體內部之壓力，防止元件破壞，且自第1～第3開口部24～26噴出之熔融導體3a及其氣化物質不會附著於元件周邊，防止電子機器內部之污損及未預期到之短路之風險。

第1～第3開口部24～26形成於上側外殼5之側面之下緣部，藉由將下側外殼4與上側外殼5接合，而與自下側外殼4與上側外殼5之間跨於殼體6之內外而配設之第1～第3外部連接端子7、8、17對面。

又，由於第1～第3外部連接端子7、8、17與搭載有可熔導體3之絕緣基板2同樣地由下側外殼4支持，故第1～第3開口部24～26藉由形成於上側外殼5之側面之下緣部，而於與可熔導體3為大致同一平面上開口，膨脹空氣之流動排出變得順暢。

第1～第3開口部24～26之形狀無特別限制，側視下可採用矩形狀(圖5)、圓形狀(圖6)、三角形狀(圖7)、半圓柱型(圖8)、橢圓形狀、台形狀等各種形狀。其中，較佳為三角形狀、台形狀等，在俯視下，下側之寬度寬於上側之寬度。藉由擴寬下側之寬度，而可容易使通過第1～第3開口部24～26之熔融導體3a及其氣化物質與面向第1～第3開口部24～26之下方之第1～第3外部連接端子7、8、17接觸而被捕集。又，圓形狀、橢圓形狀之第1～第3開口部24～26容易捕集球狀之熔融導體3a。

又，第1～第3開口部24～26較佳為形成複數個。此係緣於能夠捕集更多之熔融導體3a及其氣化物質之故。分別形成有複數個之各第1～第3開口部24～26可分別為相同之大小、相同之形狀，亦可為不同之形狀。例如，形成於第1～第3外部連接端子7、8、17之寬度方向之中央附近之第1～第3開口部24～26藉由形成地較形成於第1～第3外部連接端子7、8、17之寬度方向之側緣側之第1～第3開口部24～26大，而可使更多之熔融導體3a及其氣化物質捕集至端子中央附近。

又，第1、第2開口部24、25由於在遮斷導通之第1、第2外部連接端子7、8側開口，故藉由朝殼體外排出熔融導體3a，而防止殼體內之熔融導體3a之滯留，在提高絕緣性上成是為有利。因而，可使第1、第2開口部24、25之數目多於第3開口部26之數目。或，可使第1、第2開口部24、25之開口直徑之總面積大於第3開口部26之開口直徑之總面積。

此外，保護元件1除第1～第3開口部24～26以外，亦可在與第1～第3外部連接端子7、8、17對面之部位以外之部位，形成輔助開口部27。輔助開口部27係主要用於釋放殼體6內之內壓之開口部，其形成部位無限制。例如，如圖9所示，輔助開口部27可形成於上側外殼5之側壁之上側緣附近。又，如圖10所示，可形成於上側外殼5之頂面。

[可熔導體] 其次，針對可熔導體3進行說明。可熔導體3跨於第1及第2外部連接端子7、8間而安裝，藉由因發熱體10之通電引起之發熱、或超過額定之電流流通，而自發熱(焦耳熱)，藉此熔斷，遮斷第1外部連接端子7與第2外部連接端子8之間之電流路徑。

可熔導體3只要為藉由因發熱體10之通電引起之發熱、或過電流狀態而熔融之導電性材料即可，例如除SnAgCu系無Pb焊料以外，還可使用BiPbSn合金、BiPb合金、BiSn合金、SnPb合金、PbIn合金、ZnAl合金、InSn合金、PbAgSn合金等。

又，可熔導體3可為含有高熔點金屬、及低熔點金屬之構造體。例如，如圖11所示，可熔導體3係包含內層與外層之積層構造體，具有低熔點金屬層31來作為內層，具有高熔點金屬層32來作為積層於低熔點金屬層31之外層。可熔導體3經由銲膏等接合材料20連接於第1、第2外部連接端子7、8及正面電極11上。

低熔點金屬層31較佳為焊料或以Sn為主成分之金屬，為一般被稱為「無Pb焊料」之材料。低熔點金屬層31之熔點未必必須高於迴焊爐之溫度，可在200℃左右熔融。高熔點金屬層32係積層於低熔點金屬層31之表面之金屬層，例如為Ag或Cu或以其等中任一者為主成分之金屬，具有即便於藉由迴流焊進行第1、第2外部連接端子7、8及正面電極11與可熔導體3之連接之情形下亦不熔融之高熔點。

此種可熔導體3可藉由使用鍍覆技術將高熔點金屬層成膜於低熔點金屬箔而形成，或亦可使用其他周知之積層技術、膜形成技術而形成。此時，可熔導體3可採用低熔點金屬層31之整面由高熔點金屬層32被覆之構造，亦可採用除相對向之一對側面以外皆受被覆之構造。此外，可熔導體3可將高熔點金屬層32設為內層、將低熔點金屬層31設為外層而構成，抑或設為由低熔點金屬層與高熔點金屬層交替地積層而成之3層以上之多層構造、且於外層之一部分設置開口部而使內層之一部分露出等，可由各種構成而形成。

可熔導體3因在成為內層之低熔點金屬層31上積層高熔點金屬層32作為外層，從而即便於迴流焊溫度超過低熔點金屬層31之熔融溫度之情形下，仍可維持作為可熔導體3之形狀，而不至於熔斷。因而，保護元件1可藉由迴流焊而高效率地進行第1、第2外部連接端子7、8及正面電極11與可熔導體3之連接。又，保護元件1亦可藉由迴流焊，防止因伴隨著可熔導體3之變形而使得電阻值局部地變高或變低等而導致之熔斷特性變動，例如在特定之溫度下未熔斷、或未達特定之溫度便熔斷等。

又，可熔導體3在流通特定之額定電流之期間，亦不會因自發熱而熔斷。而且，當流通高於額定之值之電流時，因自發熱而熔融，而遮斷第1、第2外部連接端子7、8間之電流路徑。又，可熔導體3藉由發熱體10被通電並發熱而熔融，遮斷第1、第2外部連接端子7、8間之電流路徑。

此時，可熔導體3藉由熔融之低熔點金屬層31將高熔點金屬層32浸蝕(焊料侵蝕)，而高熔點金屬層32以較熔融溫度為低之溫度熔解。因而，可熔導體3可利用由低熔點金屬層31對高熔點金屬層32之浸蝕作用，以短時間熔斷。又，可熔導體3之熔融導體3a由於藉由正面電極11及第1、第2外部連接端子7、8之物理性拉入作用被分斷，故可快速且確實地遮斷第1、第2外部連接端子7、8間之電流路徑(圖4)。

又，可熔導體3較佳為使低熔點金屬層31之體積大於高熔點金屬層32之體積而形成。可熔導體3藉由因過電流所致之自發熱或發熱體10之發熱而被加熱，藉由低熔點金屬熔融而將高熔點金屬熔蝕，藉此可快速地熔融、熔斷。因而，可熔導體3藉由使低熔點金屬層31之體積大於高熔點金屬層32之體積而形成，而促進該熔蝕作用，可快速地將第1、第2外部連接端子7、8間予以遮斷。

又，可熔導體3由於在成為內層之低熔點金屬層31積層高熔點金屬層32而構成，故可使熔斷溫度較先前之包含高熔點金屬之晶片保險絲等大幅度降低。因而，可熔導體3與同一尺寸之晶片保險絲等比較，可增大剖面積，且可大幅度提高電流額定。又，可謀求較具有相同之電流額定之先前之晶片保險絲更小型化、薄型化，而快速熔斷性優異。

又，可熔導體3可提高對於對組裝有保護元件1之電氣系統瞬間施加異常高之電壓之浪湧之耐性(耐脈衝性)。亦即，可熔導體3甚至在例如100 A之電流流通數msec之情形下，亦不會熔斷。關於此點，基於在極短時間流通之大電流在導體之表層流通(表皮效應)，而可熔導體3設置電阻值較低之鍍Ag等高熔點金屬層32來作為設置外層，故容易使由浪湧施加之電流流通，可防止因自發熱所致之熔斷。因而，可熔導體3與先前之包含焊料合金之保險絲比較，可大幅度提高對於浪湧之耐性。

此外，可熔導體3可為了抗氧化、及熔斷時之潤濕性提高等，而塗佈助熔劑(未圖示)。

[電路構成例] 此保護元件1如圖21所示般，例如組裝入鋰離子二次電池之電池組33內之電路而使用。電池組33例如具有電池堆35，該電池堆35包含總計4個鋰離子二次電池之電池單元34a～34d。

電池組33具備：電池堆35；充放電控制電路36，其控制電池堆35之充放電；應用本發明之保護元件1，其在電池堆35之異常時遮斷充放電路徑；檢測電路37，其檢測各電池單元34a～34d之電壓；及電流控制元件38，其成為相應於檢測電路37之檢測結果而控制保護元件1之動作之開關元件。

電池堆35係將用於保護避免過充電及過放電狀態而進行控制所需的電池單元34a～34d串聯連接而成者，經由電池組33之正極端子33a、負極端子33b可拆裝地連接於充電裝置29，被施加來自充電裝置29之充電電壓。藉由將由充電裝置29充電後之電池組33之正極端子33a、負極端子33b連接於利用電池而動作之電子機器，可使該電子機器動作。

充放電控制電路36具備：2個電流控制元件39a、39b，其等串聯連接於電池堆35與充電裝置29之間之電流路徑；及控制部40，其控制該等電流控制元件39a、39b之動作。電流控制元件39a、39b由例如場效電晶體(以下稱為FET)構成，其藉由控制部40控制閘極電壓，而控制對電池堆35之電流路徑之充電方向及/或放電方向之導通及遮斷。控制部40自充電裝置29接收電力供給而動作，其相應於檢測電路37之檢測結果，當電池堆35過放電或過充電時，以遮斷電流路徑之方式，控制電流控制元件39a、39b之動作。

保護元件1例如連接於電池堆35與充放電控制電路36之間之充放電電流路徑上，其動作由電流控制元件38予以控制。

檢測電路37與各電池單元34a～34d連接，檢測各電池單元34a～34d之電壓值，且將各電壓值供給至充放電控制電路36之控制部40。又，當電池單元34a～34d之任一者成為過充電電壓或過放電電壓時，檢測電路37輸出控制電流控制元件38之控制信號。

電流控制元件38係由例如FET構成，根據自檢測電路37輸出之檢測信號，當電池單元34a～34d之電壓值成為超過特定之過放電或過充電狀態之電壓時，使保護元件1動作，不憑藉電流控制元件39a、39b之開關動作而以遮斷電池堆35之充放電電流路徑之方式進行控制。

包含如以上之構成之電池組33所使用之應用本發明之保護元件1具有如圖13所示之電路構成。亦即，保護元件1將第1外部連接端子7與電池堆35側連接，將第2外部連接端子8與正極端子33a側連接，藉此，將可熔導體3串聯連接於電池堆35之充放電路徑上。又，保護元件1將發熱體10經由發熱體饋電電極16及第3外部連接端子17與電流控制元件38連接，且將發熱體10與電池堆35之開放端連接。藉此，發熱體10將一端經由正面電極11與可熔導體3及電池堆35之一者之開放端連接，將另一端經由第3外部連接端子17與電流控制元件38及電池堆35之另一者之開放端連接。藉此，形成向由電流控制元件38控制通電之發熱體10之饋電路徑。

[保護元件之動作] 若檢測電路37檢測到電池單元34a～34d之任一者之異常電壓，則向電流控制元件38輸出遮斷信號。如是，電流控制元件38以對發熱體10通電之方式，控制電流。保護元件1自電池堆35朝發熱體10流通電流，藉此，發熱體10開始發熱。保護元件1藉由發熱體10之發熱，而將可熔導體3熔斷，遮斷電池堆35之充放電路徑。又，保護元件1藉由使可熔導體3含有高熔點金屬及低熔點金屬而形成，而在高熔點金屬之熔斷前，低熔點金屬熔融，利用熔融之低熔點金屬對高熔點金屬之熔蝕作用，可以短時間使可熔導體3熔解。

保護元件1由於藉由可熔導體3熔斷，而亦遮斷向發熱體10之饋電路徑，故停止發熱體10之發熱。

此外，保護元件1於在電池組33流通超過額定之過電流之情形下，亦將可熔導體3藉由自發熱而熔融，可遮斷電池組33之充放電路徑。

此處，保護元件1面向第1外部連接端子7之正面形成第1開口部24，面向第2外部連接端子8之正面形成第2開口部25。又，保護元件1面向第3外部連接端子17之正面形成第3開口部26。因而，保護元件1能夠釋放殼體內部之壓力，防止元件破壞。

又，保護元件1即便在可熔導體3之熔融導體3a及其氣化物質自第1～第3開口部24～26朝殼體6之外部飛散之情形下，亦能夠將其等捕集至第1、第2外部連接端子7、8及第3外部連接端子17。藉此，保護元件1可使自第1～第3開口部24～26噴出之熔融導體3a及其氣化物質不會附著於元件周邊，防止電子機器內部之污損及未預期到之短路之風險。

如此，保護元件1藉由因發熱體10之通電引起之發熱、或因過電流引起之可熔導體3之自發熱，而將可熔導體3熔斷。此時，保護元件1即便於可熔導體3曝露於向第1、第2外部連接端子7、8及正面電極11迴流焊安裝等高溫環境下之情形下，由於具有低熔點金屬由高熔點金屬被覆之構造，故亦抑制可熔導體3之變形。因而，防止由因可熔導體3之變形所致之電阻值之變動等引起之熔斷特性之變動，可藉由特定之過電流或發熱體10之發熱，快速地熔斷。

本發明之保護元件1並不限定於用於鋰離子二次電池之電池組之情形，毋庸置疑亦可應用於需要由電信號進行之電流路徑之遮斷之各種用途。

[變化例] 其次，針對應用本發明之保護元件之變化例進行說明。此外，在以下之說明中，有針對與上述之保護元件1相同之構成，賦予相同之符號，且省略其細節之情形。變化例之保護元件50可如圖14所示般，使複數個熔斷構件18夾持可熔導體3。圖14所示之保護元件50將熔斷構件18分別配設於可熔導體3之一個面及另一面。圖15係保護元件50之電路圖。配設於可熔導體3之正面及背面之各熔斷構件18分別將發熱體10之一端經由形成於各絕緣基板2之發熱體電極15及正面電極11與可熔導體3連接，將發熱體10之另一端經由形成於各絕緣基板2之發熱體饋電電極16及第3外部連接端子17連接於用於使發熱體10發熱之電源。

又，如圖16所示，保護元件50在藉由發熱體10之發熱，將可熔導體3熔斷時，連接於可熔導體3之兩面之各熔斷構件18、18之發熱體10發熱，且自可熔導體3之兩面進行加熱。因而，保護元件50在為了應對大電流用途，而使可熔導體3之剖面積增大之情形下，亦可快速地將可熔導體3加熱並熔斷。

在保護元件50中亦與上述之保護元件1具有同樣之殼體6，面向第1外部連接端子7之正面形成第1開口部24，面向第2外部連接端子8之正面形成第2開口部25。又，保護元件50面向第3外部連接端子17之正面形成第3開口部26。

又，保護元件50自可熔導體3之兩面將熔融導體3a吸引至形成於各熔斷構件18之絕緣基板2之各吸引孔12內。因而，保護元件50即便於為了應對大電流用途，使可熔導體3之剖面積增大，熔融導體3a較多量地產生之情形下，亦可藉由複數個熔斷構件18進行吸引，而確實地使可熔導體3熔斷。又，保護元件50藉由利用複數個熔斷構件18吸引熔融導體3a，而可更快速地使可熔導體3熔斷。

保護元件50於使用以高熔點金屬被覆構成內層之低熔點金屬之被覆構造，作為可熔導體3之情形下，亦可使可熔導體3快速地熔斷。亦即，由高熔點金屬被覆之可熔導體3即便於發熱體10發熱之情形下，加熱至外層之高熔點金屬熔融之溫度亦需要時間。此處，保護元件50藉由具備複數個熔斷構件18，同時使各發熱體10發熱，而可將外層之高熔點金屬快速地加熱至熔融溫度。因而，根據保護元件50，可增厚構成外層之高熔點金屬層之厚度，可謀求進一步高額定化，且維持快速熔斷特性。

又，保護元件50如圖14所示般，較佳為將一對熔斷構件18、18對向地連接於可熔導體3。藉此，保護元件50可以一對熔斷構件18、18自兩面側同時加熱可熔導體3之同一部位，且吸引熔融導體3a，可更快速地將可熔導體3加熱、熔斷。

又，保護元件50較佳為形成於一對熔斷構件18、18之各絕緣基板2之正面電極11介隔著可熔導體3相互對向。藉此，藉由一對熔斷構件18、18對稱地連接，而在迴流焊安裝時等，對可熔導體3之負載之施加方式不會失衡，可提高對於變形之耐性。

此外，發熱體10在形成於絕緣基板2之正面2a、背面2b之任一情形下均形成於吸引孔12之兩側此舉，在加熱正面電極11及背面電極14，且將更多之熔融導體3a凝聚、吸引上較佳。

1,50,100:保護元件 2,105:絕緣基板 2a:正面 2b:背面 2c:第1側緣部 2d:第2側緣部 3,103:可熔導體 3a:熔融導體 4,111:下側外殼 5,112:上側外殼 6,113:殼體 7,101:第1外部連接端子 8,102:第2外部連接端子 9,107:絕緣層 10,106:發熱體 11,108:正面電極 12:吸引孔 13:導電層 14:背面電極 15:發熱體電極 16,109:發熱體饋電電極 17,110:第3外部連接端子 18:熔斷構件 20:接合材料/連接材料 23:凹面部 24:第1開口部 25:第2開口部 26:第3開口部 27:輔助開口部 29:充電裝置 31:低熔點金屬層 32:高熔點金屬層 33:電池組 33a:正極端子 33b:負極端子 34:電池單元 34a~34d:電池單元 35:電池組 36:充放電控制電路 37:檢測電路 38,39,39a,39b:電流控制元件 40:控制部

圖1係應用本發明之保護元件之外觀立體圖。 圖2係應用本發明之保護元件之剖視圖。 圖3係省略應用本發明之保護元件之上側外殼而顯示之俯視圖。 圖4係顯示在應用本發明之保護元件中，可熔導體已熔斷之狀態之剖視圖。 圖5係應用本發明之保護元件之側視圖。 圖6係應用本發明之保護元件之側視圖。 圖7係應用本發明之保護元件之側視圖。 圖8係應用本發明之保護元件之側視圖。 圖9係應用本發明之保護元件之側視圖。 圖10係應用本發明之保護元件之俯視圖。 圖11係可熔導體之外觀立體圖。 圖12係顯示電池組之構成例之電路圖。 圖13係應用本發明之保護元件之電路圖。 圖14係顯示應用本發明之保護元件之變化例之剖視圖。 圖15係變化例之保護元件之電路圖。 圖16係顯示在變化例之保護元件中，可熔導體已熔斷之狀態之剖視圖。 圖17係顯示應對大電流之保護元件之外觀立體圖。 圖18係圖17所示之保護元件之剖視圖。 圖19係將圖17所示之保護元件省略上側外殼而顯示之俯視圖。 圖20係顯示在圖17所示之保護元件中，因可熔導體之熔斷時之內壓，而上側外殼脫落之狀態之立體圖。

1:保護元件

4:下側外殼

5:上側外殼

6:殼體

7:第1外部連接端子

8:第2外部連接端子

17:第3外部連接端子

25:第2開口部

26:第3開口部

Claims (10)

1. 一種保護元件，其具備： 可熔導體；及 第1、第2外部連接端子，其等與上述可熔導體之兩端部連接；及 殼體，其具有下側外殼及上側外殼；且 上述第1外部連接端子及上述第2外部連接端子之各一端自上述殼體導出； 上述殼體面向上述第1外部連接端子之正面形成有第1開口部，面向上述第2外部連接端子之正面形成有第2開口部。
2. 如請求項1之保護元件，其中上述第1、第2外部連接端子自上述下側外殼與上述上側外殼之間導出；且 上述第1、第2開口部形成於上述上側外殼之側面之下緣部。
3. 如請求項1或2之保護元件，其具有在正面搭載有上述可熔導體之絕緣基板；且 上述絕緣基板之背面由上述下側外殼支持； 上述絕緣基板具備：發熱體、及與上述發熱體連接且成為上述發熱體之饋電端子的第3外部連接端子； 上述第3外部連接端子之各一端自上述殼體導出； 上述殼體面向上述第3外部連接端子之正面形成有第3開口部。
4. 如請求項3之保護元件，其中上述第3外部連接端子自上述下側外殼與上述上側外殼之間導出；且 上述第3開口部形成於上述上側外殼之側面之下緣部。
5. 如請求項1或2之保護元件，其中上述第1開口部、上述第2開口部之至少一者在側視下，下側之寬度寬於上側之寬度。
6. 如請求項3之保護元件，其中上述第3開口部在側視下，下側之寬度寬於上側之寬度。
7. 如請求項1或2之保護元件，其中上述第1開口部及上述第2開口部形成有複數個。
8. 如請求項3之保護元件，其中上述第3開口部形成有複數個。
9. 如請求項1或2之保護元件，其中在上述第1外部連接端子及上述第2外部連接端子被導出之部位以外之部位，亦形成有輔助開口部。
10. 一種電池組，其具備： 1個以上之電池單元；及 保護元件，其連接於上述電池單元之充放電路徑上，遮斷該充放電路徑；且 上述保護元件具備： 可熔導體；及 第1、第2外部連接端子，其等與上述可熔導體之兩端部連接；及 殼體，其具有下側外殼及上側外殼；且 上述第1外部連接端子及上述第2外部連接端子之各一端自上述殼體導出； 上述殼體面向上述第1外部連接端子之正面形成有第1開口部，面向上述第2外部連接端子之正面形成有第2開口部。

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