TW202145276A - 保護元件及電池組 - Google Patents

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木村裕二
小森千智
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日商迪睿合股份有限公司
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Abstract

本技術提供一種施加高電壓之情形時亦不易產生火花，可安全且快速地切斷電流路徑的保護元件、及使用其之電池組。 保護元件具有：絕緣基板2；保險絲部件3；發熱體4，其將保險絲部件3熔斷；發熱體供電電極5；第1引出電極6，其自發熱體供電電極5引出，與發熱體4之一端部連接；中間電極8，其與保險絲部件3相接；發熱體連接電極9，其連接發熱體4及中間電極8；第2引出電極10，其自發熱體連接電極9引出，與發熱體4之另一端部連接；及絕緣層7，其被覆發熱體4、第1引出電極6及第2引出電極10，積層有中間電極8；且中間電極8係介隔絕緣層7，不與第1引出電極6重疊，而與第2引出電極10重疊。

Description

保護元件及電池組
本技術係關於一種藉由將電流路徑熔斷而保護連接於電流路徑上之電路的保護元件、及使用其之電池組。
可充電並重複使用之二次電池多加工成電池組，提供給使用者。尤其，重量能量密度較高之鋰離子二次電池中，為確保使用者及電子機器之安全，一般而言，具有以下功能：將過度充電保護、過度放電保護等若干保護電路內置於電池組中，於特定之情形時，將電池組之輸出切斷。
較多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(Field Effect Transistor：場效電晶體)開關，進行輸出之接通/斷開(ON/OFF)，而進行電池組之過度充電保護或過度放電保護。然而，因某些原因造成FET開關短路破壞之情形；被施加雷電突波等，流動瞬間大電流之情形；或因電池單元之壽命引起輸出電壓異常降低，或相反地輸出過大異常電壓之情形時，必須保護電池組或電子機器避免著火等事故。因此，在任何此種可假設之異常狀態下，為了將電池單元之輸出安全地切斷，亦使用包含保險絲部件之保護元件，該保險絲部件具有藉由來自外部之信號將電流路徑切斷之功能。
作為適於此種鋰離子二次電池等之保護電路之保護元件，使用保護元件內部具有發熱體，藉由該發熱體之發熱將電流路徑上之可熔導體熔斷之構造。
鋰離子二次電池之用途近年來不斷擴大，正在研討用於更大電流之用途，例如電動起子等電動工具，或混合動力車、電動汽車、電動輔助自行車等輸送機器、蓄電池等，且已開始採用一部分。該等用途中，有起動時等流動如超出數10 A～100 A之大電流之情形。期望實現應對此種大電流容量之保護元件。
為實現應對此種大電流之保護元件，亦提案有使用增大剖面積之可熔導體，於形成有發熱體之絕緣基板之正面，連接該可熔導體之保護元件。
圖27係顯示先前之保護元件之一構成例之圖，(A)係省略蓋構件而顯示之俯視圖，(B)係剖視圖，(C)係仰視圖。圖27所示之保護元件100具備：絕緣基板101；第1、第2電極102、103，其等形成於絕緣基板101之正面上；發熱體104，其形成於絕緣基板101之正面；絕緣層105，其被覆發熱體104；中間電極106，其積層於絕緣層105上且與發熱體104連接；及保險絲部件(fuse element)107，其經由連接用焊料遍及第1電極102、中間電極106及第2電極103搭載。
第1、第2電極102、103係連接於與保護元件100連接之外部電路之電流路徑上之端子部，第1電極102經由堞形體與形成於絕緣基板101之背面之第1外部連接電極102a連接，第2電極103經由堞形體與形成於絕緣基板101之背面之第2外部連接電極103a連接。保護元件100藉由將第1、第2外部連接電極102a、103a連接於安裝保護元件100之外部電路基板上所設置之連接電極，而將保險絲部件107組入至形成於外部電路基板上之電流路徑之一部分。
發熱體104係電阻值相對較高，在通電時發熱之具有導電性之構件，且包含例如鎳鉻耐熱合金、W、Mo、Ru等或包含該等之材料。又，發熱體104與形成於絕緣基板101之正面上之發熱體供電電極108連接。發熱體供電電極108經由堞形體與形成於絕緣基板101之背面之第3外部連接電極108a連接。保護元件100藉由將第3外部連接電極108a連接於安裝保護元件100之外部電路基板上所設置之連接電極，而將發熱體104與設置於外部電路之外部電源連接。且，藉由未圖示之開關元件等，始終控制發熱體104之電流及發熱。
發熱體104由包含玻璃層等之絕緣層105被覆，且於絕緣層105上形成中間電極106，藉此中間電極106介隔絕緣層105而重疊。又，於中間電極106上，連接有遍及第1、第2電極102、103間連接之保險絲部件107。
藉此，保護元件100藉由將發熱體104與保險絲部件107重疊而熱連接，當發熱體104藉由通電而發熱時，可將保險絲部件107熔斷。
保險絲部件107由無Pb焊料等低熔點金屬、或Ag、Cu或以該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。且，保險絲部件107自第1電極102跨越中間電極106連接至第2電極103，藉此構成組入有保護元件100之外部電路之電流路徑之一部分。且，保險絲部件107因通電超出額定之電流自發熱(焦耳熱)而熔斷，或因發熱體104之發熱而熔斷，將第1、第2電極102、103間切斷。
且，若需要將外部電路之電流路徑切斷，則保護元件100藉由開關元件對發熱體104通電。藉此，保護元件100之發熱體104高溫發熱，將組入於外部電路之電流路徑上之保險絲部件107熔融。藉由使保險絲部件107之熔融導體靠近濡濕性較高之中間電極106及第1、第2電極102、103而將保險絲部件107熔斷。因此，保護元件100可使第1電極102～中間電極106～第2電極103間熔斷，將外部電路之電流路徑切斷。
另，作為保護元件，除圖27所示之構成外，亦如圖28所示，提案有一種具備2個發熱體104者。圖28所示之保護元件110於絕緣基板101之正面上之第1、第2電極102、103間，排列設有2個發熱體104。各發熱體104由絕緣層105被覆，且設置於絕緣層105上之中間電極106以跨越兩個發熱體104間之方式重疊形成。
又，圖28所示之保護元件110中，於絕緣基板101之背面形成保持電極111，且設有貫通中間電極106與保持電極111間之複數個貫通孔112。保持電極111及貫通孔112係吸引於中間電極106上熔融後之保險絲部件107之熔融導體，增加應對大電流用途而大型化之保險絲部件107之熔融導體之保持電容者，於貫通孔112之內周面形成有導電層。 [先前技術文獻] [專利文獻]
[專利文獻1]日本專利特開2018-78046號公報 [專利文獻2]日本專利特開2018-156959號公報
[發明所欲解決之問題]
如圖27所示之保護元件100或圖28所示之保護元件110之先前構造中，用於大電流用途之鋰離子二次電池之保護電路之情形時，作為對發熱體104供給電力之外部電源，使用該大電流用途之鋰離子二次電池，故於保護元件100作動時，對發熱體供電電極108施加高電壓。
因此，保護元件100中，如圖29所示，自發熱體供電電極108向中間電極106之前端產生火花(放電)，而有中間電極106破損之情形。且，若中間電極106破損，則破損部位處對保險絲部件107之導熱率下降，直至使保險絲107熔斷為止之熔斷時間延長，有無法快速且安全地切斷電流路徑之虞。
又，如圖30所示，保護元件110中，自發熱體供電電極108朝中間電極106之前端產生火花，而中間電極106破損時，破損部位處對保險絲部件107之導熱率亦下降，直至使保險絲107熔斷為止之熔斷時間延長，有無法快速且安全地切斷電流路徑之虞。又，為了將發熱體104之熱效率良好地傳遞至中間電極106或保險絲部件107，絕緣層(玻璃層)105之厚度形成為薄至10～40 μm，有因遍及長時間施加發熱體104之熱而產生破損之情形。且，如圖31所示，在絕緣層105之破損部位處，有自發熱體104之高電位側朝中間電極106之中央部產生火花之虞。藉此，若中間電極106破損，則除絕緣層105破損外，亦因中間電極106破損，對保險絲部件107之導熱率下降，直至使保險絲部件107熔斷為止之時間延長，有無法快速且安全地切斷電流路徑之虞。
因伴隨此種火花之電極破壞，保險絲部件未熔融完，而阻礙電流切斷之風險隨著以下情形而增大：即，保險絲部件隨著高電壓、大電流化而大型化，又，額定電流提高電場強度變高，進而伴隨保護元件小型化之發熱體供電電極108與中間電極106之接近化或絕緣層薄型化。
因此，內置發熱體之保護元件中，謀求應對高電壓、大電流化，且不會於元件內部引起電極破壞，更安全且快速地作動之對策。
因此，本技術之目的在於提供一種被施加高電壓之情形時，亦不易產生火花，可安全且快速地切斷電流路徑之保護元件、及使用其之電池組。 [解決問題之技術手段]
為解決上述問題，本技術之保護元件具有：絕緣基板；保險絲部件，其設置於上述絕緣基板之一面側；發熱體，其形成於上述絕緣基板之一面側，藉由發熱將上述保險絲部件熔斷；發熱體供電電極，其形成於上述絕緣基板之一面側，供應使上述發熱體發熱之電流；第1引出電極，其自上述發熱體供電電極引出，與上述發熱體之一端部連接；中間電極，其與上述保險絲部件相接；發熱體連接電極，其形成於上述絕緣基板之一面側之上述發熱體及上述中間電極間，連接上述發熱體及上述中間電極；第2引出電極，其自上述發熱體連接電極引出，與上述發熱體之另一端部連接；及絕緣層，其被覆上述發熱體、上述第1引出電極及上述第2引出電極，積層有上述中間電極；上述中間電極介隔上述絕緣層，不與上述第1引出電極重疊，且與上述第2引出電極重疊。
又，本技術之電池組具備：1個以上電池單元；保護元件，其連接於上述電池單元之充放電路徑上，將該充放電路徑切斷；及電流控制元件，其檢測上述電池單元之電壓值，控制對上述保護元件之通電；上述保護元件具有：絕緣基板；保險絲部件，其設置於上述絕緣基板之一面側；發熱體，其形成於上述絕緣基板之一面側，藉由發熱將上述保險絲部件熔斷；發熱體供電電極，其形成於上述絕緣基板之一面側，供應使上述發熱體發熱之電流；第1引出電極，其自上述發熱體供電電極引出，與上述發熱體之一端部連接；中間電極，其與上述保險絲部件相接；發熱體連接電極，其形成於上述絕緣基板之一面側之上述發熱體及上述中間電極間，連接上述發熱體及上述中間電極；第2引出電極，其自上述發熱體連接電極引出，與上述發熱體之另一端部連接；及絕緣層，其被覆上述發熱體、上述第1引出電極及上述第2引出電極，積層有上述中間電極；上述中間電極介隔上述絕緣層，不與上述第1引出電極重疊，且與上述第2引出電極重疊。 [發明之效果]
根據本技術，自被施加高電壓之發熱體供電電極引出第1引出電極，且中間電極不與第1引出電極重疊，且與第2引出電極重疊，藉此，中間電極形成於與第1引出電極有距離之位置。藉此，不易形成高電位部之第1引出電極與低電位部之中間電極間之放電路徑，而不易產生火花。因此，絕緣層或中間電極不會破損，可維持對保險絲部件之導熱率，使保險絲部件快速熔斷，可將電流路徑安全地切斷。
以下，針對適用本技術之保護元件及電池組，一面參照圖式一面詳細說明。另，本技術並非僅限定於以下實施形態者，當然可於不脫離本技術之主旨之範圍內進行各種變更。又，圖式係模式性者，有各尺寸之比例等與實際不同之情形。具體尺寸等係應參考以下說明而判斷者。又，當然圖式相互間亦包含彼此之尺寸關係或比例不同之部分。
[第1實施形態] 針對適用本技術之保護元件之第1實施形態進行說明。適用本技術之保護元件1如圖1(A)～(C)、圖2所示，具有：絕緣基板2；保險絲部件3，其設置於絕緣基板2之正面2a側；發熱體4，其形成於絕緣基板2之正面2a側，藉由發熱將保險絲部件3熔斷；發熱體供電電極5，其形成於絕緣基板2之正面2a側，供應使發熱體4發熱之電流；第1引出電極6，其自發熱體供電電極5引出，與發熱體4之一端部4a連接；中間電極8，其搭載有保險絲部件3；發熱體連接電極9，其形成於絕緣基板2之正面2a側之發熱體4及中間電極8間，連接發熱體4及中間電極8；第2引出電極10，其自發熱體連接電極9引出，與發熱體4之另一端部4b連接；及絕緣層7，其被覆發熱體4、第1引出電極6及第2引出電極10，積層有中間電極8。
且，如圖1(A)所示，保護元件1於俯時，中間電極8不與第1引出電極6重疊，且與第2引出電極10重疊。若保護元件1經由發熱體供電電極5將發熱體4通電，則自發熱體供電電極5引出之第1引出電極6相對於第2引出電極10成為高電位，第2引出電極10成為低電位。藉此，保護元件1於被施加高電壓之情形時，亦不易產生火花(放電)，可安全且快速地將電流路徑切斷。認為這是根據以下理由者。
即，火花係於介隔絕緣層對向之電極間，因自高電位部至低電位部產生絕緣破壞而瞬間流動大電流之現象。與外部電源連接對發熱體4施加高電壓之發熱體供電電極5及自其引出之第1引出電極6，為較與中間電極8連接之發熱體連接電極9及自其引出之第2引出電極10更高電位。不自發熱體連接電極9施加用以對發熱體4供電之電流。
保護元件1自被施加高電壓之發熱體供電電極5引出第1引出電極6，且於俯視時，中間電極8不與第1引出電極6重疊，且與第2引出電極10重疊，藉此，中間電極8形成於與第1引出電極6有距離之位置。藉此，不易形成高電位部之第1引出電極6與低電位部之中間電極8間之放電路徑，而不易產生火花。因此，絕緣層7或中間電極8不會破損，可維持對保險絲部件3之導熱率，使保險絲部件3快速熔斷，可將電流路徑安全地切斷。
再者，圖1所示之保護元件1中，藉由將中間電極8與第2引出電極10重疊，可介隔絕緣層7將中間電極8與第2引出電極10熱連接，而效率良好地加熱中間電極8及搭載於其之保險絲部件3。因此，對發熱體4通電後，可將保險絲部件3快速熔斷。
藉由將此種保護元件1組入於外部電路，由保險絲部件3構成該外部電路之電流路徑之一部分，藉由因發熱體4發熱，或超出額定之過電流引起熔斷，將電流路徑切斷。以下，針對保護元件1之各構成詳細說明。
[絕緣基板] 絕緣基板2由例如氧化鋁、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亦可使用玻璃環氧基板、苯酚基板等印刷配線基板所使用之材料。
於絕緣基板2之相對向之兩端部，形成有第1、第2電極11、12。第1、第2電極11、12分別由Ag或Cu等之導電圖案形成。又，較佳為於第1、第2電極11、12之表面上，利用鍍覆處理等眾所周知之方法，被覆鍍Ni/Au、鍍Ni/Pd、鍍Ni/Pd/Au等被膜。藉此，保護元件1可防止第1、第2電極11、12氧化，防止隨著導通電阻上升之額定變動。又，回流焊安裝保護元件1之情形時，可防止因連接保險絲部件3之連接用焊料熔融而浸蝕第1、第2電極11、12(焊料吞噬)。
又，第1、第2電極11、12自絶縁基板2之正面2a，經由堞形體與形成於背面2b之第1、第2外部連接電極11a、12a連接。保護元件1藉由將形成於絕緣基板2之背面2b之第1、第2外部連接電極11a、12a與安裝保護元件1之外部電路基板上所設置之連接電極連接，而將保險絲部件3組入於形成於電路基板上之電流路徑之一部分。
第1、第2電極11、12藉由利用連接焊料14等導電連接材料搭載保險絲部件3而電性連接。又，如圖3(A)(B)所示，於保護元件1流動超出額定之大電流，保險絲部件3因自發熱(焦耳熱)熔斷，或發熱體4隨著通電而發熱，而保險絲部件3熔斷，藉此將第1、第2電極11、12切斷。
[發熱體] 發熱體4係電阻值相對較高，在通電時發熱之具有導電性之構件，且包含例如鎳鉻耐熱合金、W、Mo、Ru等或包含該等之材料。發熱體4可藉由以下而形成：將該等之合金或組成物、化合物之粉狀體與樹脂黏合劑等混合成漿狀物，使用絲網印刷技術，將該漿狀物於絕緣基板2上形成圖案並進行燒成等。作為一例，發熱體4可藉由以下形成：根據特定電壓調整氧化釕系漿料、銀及玻璃漿料之混合漿料，於絕緣基板2之正面2a之特定位置以特定面積製膜，其後，以適當條件進行燒成處理。又，發熱體4之形狀可適當設計，但基於將發熱面積最大化之點，較佳如圖1所示，根據絕緣基板2之形狀設為大致矩形狀。
又，發熱體4之一端部4a連接於第1引出電極6，另一端部4b連接於第2引出電極10。將第1引出電極6自發熱體供電電極5引出，於發熱體4通電時，成為與發熱體供電電極5相同電位。將第2引出電極10自發熱體連接電極9引出，於發熱體4通電時，成為與發熱體連接電極9相同電位。將第1引出電極6自發熱體供電電極5沿發熱體4之一端部4a引出，圖1所示之保護元件1中，沿形成為大致矩形狀之發熱體4之一側緣延伸，且與該發熱體4之一側緣重疊。同樣地，將第2引出電極10自發熱體連接電極9沿發熱體4之另一端部4b引出，圖1所示之保護元件1中，沿形成為大致矩形狀之發熱體4之另一側緣延伸，且與該發熱體4之另一側緣重疊。
發熱體供電電極5及發熱體連接電極9形成於絕緣基板2之與設有第1、第2電極11、12之側緣不同之相對向之側緣。發熱體供電電極5係與發熱體4之一端部4a連接，而成為向發熱體4供電之端子之電極，經由堞形體與形成於絕緣基板2之背面2b之第3外部連接電極5a連接。又，發熱體連接電極9與中間電極8連接。
又，發熱體4、第1引出電極6及第2引出電極10由絕緣層7被覆。於絕緣層7上形成有中間電極8。中間電極8經由連接焊料14等接合材料，於第1、第2電極11、12間連接有保險絲部件3。
絕緣層7係為了謀求保護發熱體4及將其絕緣，且將發熱體4之熱效率良好地傳遞至中間電極8及保險絲部件3而設，包含例如玻璃層。為了將發熱體4之熱效率良好地傳遞至中間電極8或保險絲部件3，絕緣層7之厚度形成為薄至例如10～40 μm。絕緣層7可藉由塗佈例如玻璃系漿而形成。
發熱體4藉由將保護元件1安裝於外部電路基板，經由第3外部連接電極5a與形成於外部電路之電流控制元件等連接，平常時被限制通電及發熱。且，發熱體4於要切斷外部電路之通電路徑之特定時點，經由第3外部連接電極5a通電而發熱。此時，發熱體4將發熱體供電電極5及第1引出電極6側設為高電位部，將發熱體連接電極9、第2引出電極10及中間電極8側設為低電位部。保護元件1藉由將發熱體4之熱經由絕緣層7及中間電極8傳遞至保險絲部件3，可使連接有第1、第2電極11、12之保險絲部件3熔融。保險絲部件3之熔融導體3a凝聚於中間電極8上及第1、第2電極11、12，藉此，將第1、第2電極11、12間之電流路徑切斷。另，如後所述，發熱體4因保險絲部件3熔斷，自身之通電路徑亦被切斷，故發熱停止。
另，發熱體供電電極5亦可設置限制壁，該限制壁防止與第3外部連接電極5a連接之外部電路基板之電極上所設置之連接用焊料於回流焊安裝等時熔融，經由堞形體攀爬至發熱體供電電極5上，於發熱體供電電極5上濡濕擴散。第1、第2電極11、12亦可同樣設置限制壁。限制壁可使用例如玻璃或阻焊劑、絕緣性接著劑等對焊料不具有濡濕性之絕緣材料形成，可藉由印刷等形成於發熱體供電電極5上。藉由設置限制壁，可防止熔融後之連接用焊料之濡濕擴散至發熱體供電電極5，維持保護元件1與外部電路基板之連接性。
又，保護元件1亦可於在絕緣基板2之正面2a形成絕緣層7後，形成發熱體供電電極5、第1引出電極6、第2引出電極10、發熱體連接電極9及發熱體4，進而於該等之上形成絕緣層7，藉此於絕緣層7內形成發熱體4等。
[中間電極] 中間電極8與第1、第2電極11、12同樣，由Ag或Cu等之導電圖案形成。又，較佳為利用鍍覆處理等眾所周知之方法，於中間電極8之表面上，被覆鍍Ni/Au、鍍Ni/Pd、鍍Ni/Pd/Au等被膜。
中間電極8之一端與發熱體連接電極9連接，且形成於絕緣層7上，介隔絕緣層7與發熱體4一部分重疊。如上所述，中間電極8於俯視時，通電時不與位於發熱體4之通電方向上游側之高電位之第1引出電極6重疊，而與位於發熱體4之通電方向下游側之低電位之第2引出電極10重疊。藉此，保護元件1不易形成有高電位部之第1引出電極6與低電位部之中間電極8間之放電路徑，自外部電路施加高電壓之情形時，亦不易產生火花(放電)，可將電流路徑安全且快速地切斷。
再者，圖1所示之保護元件1中，藉由中間電極8與重疊於發熱體4之另一端部4b之第2引出電極10重疊，而經由第2引出電極10及絕緣層7將中間電極8與發熱體4熱連接。藉此，可效率良好地加熱中間電極8及搭載於其之保險絲部件3。因此，對發熱體4通電後，可將保險絲部件3快速熔斷。
[保險絲部件] 接著，針對保險絲部件3進行說明。保險絲部件3係遍及第1及第2電極11、12間安裝，藉由因發熱體4通電引起之發熱、或因通電超出額定之電流自發熱(焦耳熱)而熔斷，將第1電極11與第2電極12間之電流路徑切斷。
保險絲部件3只要為因發熱體4通電之發熱、或過電流狀態而熔融之導電性材料即可，可使用例如SnAgCu系無Pb焊料、或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，保險絲部件3亦可為含有高熔點金屬與低熔點金屬之構造體。例如，如圖4所示，保險絲部件3為包含內層與外層之積層構造體，具有低熔點金屬層15作為內層，具有高熔點金屬層16作為積層於低熔點金屬層15之外層。保險絲部件3係經由連接焊料14等接合材料，連接於第1、第2電極11、12及中間電極8上。
低熔點金屬層15較佳為以焊料或Sn為主成分之金屬，係一般稱為「無Pb焊料」之材料。低熔點金屬層15之熔點未必需要高於回流爐之溫度，亦可以200°C左右熔融。高熔點金屬層16為積層於低熔點金屬層15之表面之金屬層，例如係Ag或Cu或以該等中之任一者為主成分之金屬，具有於藉由回流焊來進行第1、第2電極11、12及中間電極8與保險絲部件3之連接，及將保護元件1安裝於外部電路基板上之情形時，亦不熔融之高熔點。
此種保險絲部件3可藉由使用鍍覆技術，使高熔點金屬層成膜於低熔點金屬箔來形成，或者，亦可使用其它眾所周知之積層技術、膜形成技術來形成。此時，保險絲部件3可設為由高熔點金屬層16被覆低熔點金屬層15之全面之構造，亦可設為被覆除了相對向之一對側面以外者之構造。另，保險絲部件3亦可將高熔點金屬層16設為內層，將低熔點金屬層15設為外層來構成，又，可藉由設為低熔點金屬層15與高熔點金屬層16交替積層之3層以上之多層構造，且於外層之一部分設置開口部，使內層之一部分露出等各種構成來形成。
保險絲部件3於內層之低熔點金屬層15積層高熔點金屬層16來作為外層，藉此於回流焊溫度超出低熔點金屬層15之熔融溫度之情形時，亦可作為保險絲部件3維持形狀，不至於熔斷。因此，可藉由回流焊，而效率良好地進行第1、第2電極11、12及中間電極8與保險絲部件3之連接，及將保護元件1安裝於外部電路基板上，又，藉由回流焊，亦可防止隨著保險絲部件3之變形，而電阻值局部性變高或變低等，因而未於特定溫度熔斷，或於未達特定溫度便熔斷等熔斷特性變動。
又，保險絲部件3於流動特定之額定電流期間，不會因自發熱而熔斷。且，流動高於額定之電流時，因自發熱而熔融，將第1、第2電極11、12間之電流路徑切斷。又，因發熱體4通電發熱而熔融，將第1、第2電極11、12間之電流路徑切斷。
此時，保險絲部件3藉由熔融後之低熔點金屬層15浸蝕(焊料吞噬)高熔點金屬層16，高熔點金屬層16以低於熔融溫度之溫度熔解。因此，保險絲部件3可利用低熔點金屬層15對高熔點金屬層16之侵蝕作用而短時間熔斷。又，保險絲部件3之熔融導體3a藉由中間電極8及第1、第2電極11、12之物理拉入作用而被分斷，故可快速且確實地將第1、第2電極11、12間之電流路徑切斷(圖3)。
又，較佳為保險絲部件3將低熔點金屬層15之體積形成得較高熔點金屬層16之體積多。保險絲部件3因過電流自發熱或由發熱體4之發熱而被加熱，低熔點金屬熔融，藉此浸蝕高熔點金屬，從而可快速地熔融、熔斷。因此，保險絲部件3藉由較高熔點金屬層16之體積多地形成低熔點金屬層15之體積，可促進該浸蝕作用，快速切斷第1、第2外部連接電極11、12間。
又，由於保險絲部件3將高熔點金屬層16積層於內層之低熔點金屬層15而構成，故可較先前之包含高熔點金屬之晶片保險絲等大幅降低熔斷溫度。因此，保險絲部件3與相同尺寸之晶片保險絲等相比，可增大剖面積，可大幅提高額定電流。又，可謀求較具有相同額定電流之較先前之晶片保險絲小型化、薄型化，且速熔斷性優異。
又，保險絲部件3可提高對組入有保護元件1之電性系統瞬間施加異常高電壓之突波耐性(耐脈衝性)。即，保險絲部件3於例如100 A之電流流動數msec(毫秒)之情形時，亦不會熔斷。關於該點，由於極短時間內流動之大電流於導體之表層流動(趨膚效應)，且保險絲部件3因設有低電阻值之鍍Ag等高熔點金屬層16作為外層，故易於由突波施加之電流流動，可防止因自發熱而熔斷。因此，保險絲部件3與先前之包含焊料合金之保險絲相比，可大幅提高對突波之耐性。
另，為了防氧化、及提高熔斷時之濡濕性等，保險絲部件3亦可塗佈助熔劑(未圖示)。又，保護元件1藉由以外殼(未圖示)覆蓋絕緣基板2，而保護其內部。外殼可使用例如各種工程塑膠、熱塑性塑膠、陶瓷、環氧玻璃基板等具有絕緣性之構件形成。又，外殼於絕緣基板2之正面2a上，於保險絲部件3熔融時膨脹成球狀，具有充足之內部空間，該內容空間足以使熔融導體3a於中間電極8或第1、第2電極11、12上凝聚。
[電路構成例] 此種保護元件1例如組入於鋰離子二次電池之電池組20內之電路而使用。如圖5所示，電池組20具有例如包含合計4個鋰離子二次電池之電池單元21a～21d之電池堆25。
電池組20具備：電池堆25；充放電控制電路26，其控制電池堆25之充放電；適用本發明之保護元件1，其於電池堆25異常時將充放電路徑切斷；檢測電路27，其檢測各電池單元21a～21d之電壓；及電流控制元件28，其為根據檢測電路27之檢測結果控制保護元件1之動作之開關元件。
電磁堆25係串聯連接有需要保護以免受過度充電及過度放電狀態影響之控制之電池單元21a～21d者，經由電池組20之正極端子20a、負極端子20b，可裝卸地連接於充電裝置22，施加來自充電裝置22之充電電壓。藉由將由充電裝置22充電之電池組20連接於以電池使正極端子20a、負極端子20b動作之電子機器，可使該電子機器動作。
充放電控制電路26具備：2個電流控制元件23a、23b，其等串聯連接於電池堆25與充放電裝置22間之電流路徑；及控制部24，其控制該等電流控制元件23a、23b之動作。電流控制元件23a、23b例如由場效電晶體(以下，稱為FET)構成，藉由以控制部24控制閘極電壓，而控制向電池堆25之電流路徑之充電方向及/或放電方向之導通與切斷。控制部24自充電裝置22接收電力供給而動作，根據檢測電路27之檢測結果，以於電池堆25過度放電或過度充電時，將電流路徑切斷之方式，控制電流控制元件23a、23b之動作。
保護元件1例如連接於電池堆25與充放電控制電路26間之充放電電流路徑上，由電流控制元件28控制其動作。
檢測電路27連接於各電池單元21a～21d，檢測各電池單元21a～21d之電壓值，將各電壓值供給至充放電控制電路26之控制部24。又，檢測電路27於電池單元21a～21d之任一者變為過度充電電壓或過度放電電壓時，輸出控制電流控制元件28之控制信號。
電流控制元件28例如由FET構成，以如下方式進行控制：根據自檢測電路27輸出之檢測信號，於電池單元21a～21d之電壓值變為超出特定之過度放電或過度充電狀態之電壓時，使保護元件1動作，不依據電流控制元件23a、23b之開關動作，切斷電池堆25之充放電電流路徑。
包含如上所述之構成之電池組20使用之適用本發明之保護元件1具有如圖6所示之電路構成。即，保護元件1之第1外部連接電極11a與電池堆25側連接，第2外部連接電極12a與正極端子20a側連接，藉此，保險絲部件3串聯連接於電池堆25之充放電路徑上。又，保護元件1之發熱體4經由發熱體供電電極5及第3外部連接電極5a與電流控制元件28連接，且發熱體4與電池堆25之開放端連接。如此，發熱體4之一端經由中間電極8與保險絲部件3及電池堆25之一開放端連接，另一端經由第3外部連接電極5a與電流控制元件28及電池堆25之另一開放端連接，藉此，形成由電流控制元件28控制通電之向發熱體4之供電路徑。
[保護元件之動作] 若檢測電路27檢測出電池單元21a～21d之任一者之異常電壓，則向電流控制元件28輸出切斷信號。於是，電流控制元件28以對發熱體4通電之方式控制電流。保護元件1之電流自電池堆25流動至發熱體4，藉此發熱體4開始發熱。保護元件1藉由發熱體4之發熱而保險絲部件3熔斷，將電池堆25之充放電路徑切斷。又，保護元件1藉由使保險絲部件3含有高熔點金屬與低熔點金屬而形成，於高熔點金屬熔斷前，低熔點金屬熔融，利用熔融後之低熔點金屬對高熔點金屬之浸蝕作用，可使保險絲部件3短時間內熔解。
此時，保護元件1於俯視時，中間電極8不與高電位之第1引出電極6重疊，而與低電位之第2引出電極10重疊，藉此中間電極8形成於與第1引出電極6有距離之位置。藉此，保護元件1不易形成有高電位部之第1引出電極6與低電位部之中間電極8間之放電路徑，自外部電路施加高電壓之情形時，亦不易產生火花(放電)，可安全且快速地切斷電流路徑。
又，保護元件1中，藉由中間電極8與第2引出電極10重疊，經由第2引出電極10及絕緣層7，中間電極8與發熱體4熱連接，可效率良好地加熱中間電極8及搭載於其之保險絲部件3。因此，對發熱體4通電後，可將保險絲部件3快速熔斷。
保護元件1藉由保險絲部件3熔斷，向發熱體4之供電路徑亦被切斷，故發熱體4之發熱停止。
另，保護元件1於對電池組20通電超出額定之過電流之情形時，保險絲部件3亦因自發熱而熔融，可切斷電池組20之充放電路徑。
如此，保護元件1藉由因發熱體4通電引起之發熱，或因過電流引起之保險絲部件3之自發熱，將保險絲部件3熔斷。此時，對電路基板回流焊安裝保護元件1時，或安裝有保護元件1之電路基板進而暴露於回流焊加熱等高溫環境下之情形時，藉由具有由高熔點金屬被覆低熔點金屬之構造，亦可抑制保險絲部件3之變形。因此，可防止因保險絲部件3之變形帶來之電阻值變動等引起之熔斷特性變動，而藉由特定過電流或發熱體4之發熱快速熔斷。
本發明之保護元件1不限於使用於鋰離子二次電池之電池組之情形，當然亦可應用於需要利用電性信號切斷電流路徑之各種用途。 [實施例]
接著，針對保護元件1之實施例進行說明。本實施例中，準備圖1所示之保護元件1(實施例)與圖27所示之保護元件(比較例)，判定分別施加50 V、100 V、200 V電壓時有無火花。又，求得施加低電力(43 W)及高電力(180 W)時之保險絲部件之熔斷時間之偏差(標準偏差σ)(樣本數50)，並進行對比。
圖7顯示實施例之保護元件之尺寸，圖8顯示比較例之保護元件之尺寸。圖7及圖8所示之各尺寸之數值係表示將絕緣基板之長度設為1時之比例之相對值。
[實施例] 實施例之保護元件之尺寸如下所述。 絕緣基板：1×0.65 中間電極：0.65×0.21 發熱體供電電極與中間電極之距離：0.026 第2引出電極與中間電極之重疊寬度：0.04 第1引出電極與第2引出電極間之發熱體寬度：0.12
[比較例] 比較例之保護元件之尺寸如下所述。 絕緣基板：1×0.65 中間電極：0.65×0.21 發熱體供電電極與中間電極之距離：0.026
[表1]
      實施例 比較例
   施加電壓 50[V] 無火花 無火花
100[V] 無火花 有火花
200[V] 無火花 有火花
發熱體供電電極與中間電極之距離於實施例及比較例中皆為0.026。如表1所示，實施例中，施加50 V、100 V、200 V之任一電壓之情形時，皆未產生火花。另一方面，比較例中，施加50 V電壓之情形時未產生火花，施加100 V及200 V電壓之情形時產生火花。
自此，如圖1所示之保護元件1，自被施加高電壓之發熱體供電電極5引出第1引出電極6，且於俯視時，中間電極8不與第1引出電極6重疊，且與第2引出電極10重疊，藉此，中間電極8可形成於與第1引出電極6有距離之位置。因此，可知保護元件1不易形成有高電位部之第1引出電極6與低電位部之中間電極8間之放電路徑，於施加高電力之情形時，為在防止產生火花之方面發揮效果之構成。
[表2]
施加電力 43[W] 實施例 比較例
   動作時間[S] 最大 12.34 25.31
最小 8.84 11.21
平均 10.37 17.36
偏差 σ 0.74 1.59
如表2所示，使實施例之保護元件以43 W動作之情形時，熔斷時間(秒)之最大值為12.34秒，最小值為8.84秒，樣本數50之平均值為10.37秒，標準偏差σ=0.74。另一方面，使比較例之保護元件以43 W動作之情形時，熔斷時間(秒)之最大值為25.31秒，最小值為11.21秒，樣本數50之平均值為17.36秒，標準偏差σ=1.59。
[表3]
施加電力 180[W] 實施例 比較例
   動作時間[S] 最大 1.29 1.71
最小 1.07 1.18
平均 1.18 1.35
偏差 σ 0.045 0.079
如表3所示，使實施例之保護元件以180 W動作之情形時，熔斷時間(秒)之最大值為1.29秒，最小值為1.07秒，樣本數50之平均值為1.18秒，標準偏差σ=0.045。另一方面，使比較例之保護元件以180 W動作之情形時，熔斷時間(秒)之最大值為1.71秒，最小值為1.18秒，樣本數50之平均值為1.35秒，標準偏差σ=0.079。
如表2及表3所示可知，如圖1所示之保護元件1，藉由中間電極8與第2引出電極10重疊，可經由第2引出電極10及絕緣層7將中間電極8與發熱體4熱連接，效率良好地加熱中間電極8及搭載於其之保險絲部件3，將保險絲部件3快速熔斷，且低電力下亦可抑制每個製品之熔斷時間偏差。另一方面，比較例之保護元件中，熔斷時間較長，且偏差變大。
[第2實施形態] 接著，針對適用本技術之保護元件之第2實施形態進行說明。另，以下之說明中，有時對與上述保護元件1相同之構成標註相同符號，省略其細節。第2實施形態之保護元件30如圖9(A)～(C)所示，具有：絕緣基板2；保險絲部件3，其設置於絕緣基板2之正面2a側；複數個發熱體4，其等形成於絕緣基板2，藉由發熱將保險絲部件3熔斷；發熱體供電電極5，其成為向各發熱體4供電之端子；複數個第1引出電極6，其等自發熱體供電電極5引出，與各發熱體4之一端部4a連接；絕緣層7，其被覆發熱體4；中間電極8，其形成於絕緣層7上，搭載有保險絲部件3；發熱體連接電極9，其形成於絕緣基板2之正面2a側之各發熱體4及中間電極8間，連接各發熱體4及中間電極8；及第2引出電極10，其自發熱體連接電極9引出，與各發熱體4之另一端部4b連接。
且，保護元件30之複數個發熱體4於絕緣基板2之正面2a上分開排列設置。各發熱體4之一端部4a經由第1引出電極6與發熱體供電電極5連接，另一端部4b經由第2引出電極10與發熱體供電電極9連接。發熱體連接電極9與中間電極8連接。若將各發熱體4經由發熱體供電電極5通電，則發熱體供電電極5及第1引出電極6側成為高電位部，第2引出電極10、發熱體連接電極9及中間電極8側成為低電位部。且，保護元件30於俯視時，中間電極8不與各第1引出電極6重疊，且與各第2引出電極10重疊。
藉此，保護元件30之中間電極8形成於與各第1引出電極6有距離之位置，不易形成高電位部之第1引出電極6與低電位部之中間電極8間之放電路徑，施加高電壓之情形時亦不易產生火花(放電)，可安全且快速地切斷電流路徑。
又，藉由保護元件30之中間電極8與各第2引出電極10重疊，可經由絕緣層7將中間電極8與第2引出電極10熱連接，效率良好地加熱中間電極8及搭載於其之保險絲部件3。因此，對各發熱體4通電後，可將保險絲部件3快速熔斷。
圖10係保護元件30之電路圖。保護元件30之複數個發熱體4之各一端經由形成於絕緣基板2之發熱體供電電極5連接於用以使發熱體4發熱之電源，各發熱體4之另一端經由中間電極8連接於保險絲部件3。
[保持電極] 又，保護元件30亦可如圖11所示，於絕緣基板2之背面2b，形成保持保險絲部件3之熔融導體3a之保持電極32，使中間電極8與保持電極32經由貫通絕緣基板2之貫通孔33連續，將熔融後之保險絲部件3之熔融導體3a經由貫通孔33吸引至保持電極32側。
當保險絲部件3熔融時，貫通孔33藉由毛細管現象吸引該熔融導體3a，可減少於中間電極8上保持之熔融導體3a之體積。藉此，如圖12(A)(B)所示，於保險絲部件3隨著保護元件之高額定化、高電容化而大型化，熔融量因此而增大之情形時，亦可由保持電極32、中間電極8及第1、第2電極11、12保持大量熔融導體3a，可將保險絲部件3確實熔斷。
保持電極32與中間電極8同樣，可使用Ag或Cu或以Ag或Cu為主成分之合金材料等眾所周知之電極材料，利用印刷等眾所周知之方法形成。
貫通孔33於內表面形成有導電層34。藉由形成導電層34，可易於貫通孔33吸引熔融導體3a。導電層34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，可藉由電解鍍覆或印刷導電漿料等眾所周知之方法形成貫通孔33之內表面。又，導電層34亦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至貫通孔33內而形成。
貫通孔33之導電層34與形成於絕緣基板2之正面2a之中間電極8連續。中間電極8支持保險絲部件3且於熔斷時供熔融導體3a凝聚，故藉由中間電極8與導電層34連續，可容易將熔融導體3a引導至貫通孔33內。
又，貫通孔33之導電層34與形成於絕緣基板2之背面2b之保持電極32連續。藉此，當保險絲部件3熔融時，可使經由貫通孔33吸引之熔融導體3a凝聚於保持電極32(參照圖12)，可吸引更多熔融導體3a，減少由中間電極8及第1、第2電極11、12保持之保險絲部件3之熔斷部位處之熔融導體3a之體積。
另，保護元件30藉由形成複數個貫通孔33，而增加吸引保險絲部件3之熔融導體3a之路徑，吸引更多熔融導通3a，藉此亦可減少熔斷部位處之熔融導體3a之體積。
又，保護元件30之發熱體4形成於貫通孔33之兩側，這對於加熱保持電極32及中間電極8，且凝聚、吸引更多熔融導體3a之方面較佳。
[第3實施形態] 接著，針對適用本技術之保護元件之第3實施形態進行說明。另，以下之說明中，有時對與上述保護元件1、30相同之構成標註相同符號，省略其細節。第3實施形態之保護元件40如圖13所示，於俯視時按照第1引出電極6、發熱體4、第2引出電極10、中間電極8之順序配置。且，保護元件40之第2引出電極10與中間電極8於俯視時未重疊。
保護元件40中，由於中間電極8與第2引出電極10未重疊，故與保護元件1相比，中間電極8與第2引出電極10之熱連接較脆弱。因此，保護元件40與保護元件1相比，保險絲部件3之快速熔斷性較差。
但，保護元件40之中間電極8不與通電發熱體4之發熱電流之第1引出電極6、發熱體8及第2引出電極10重疊，且與保護元件1相比，中間電極8形成於與第1引出電極6進而有距離之位置。藉此，更不易形成高電位部之第1引出電極6與低電位部之中間電極8間之放電路徑，可防止產生火花。因此，絕緣層7或中間電極8不會破損，可維持對保險絲部件3之導熱率，使保險絲部件3快速熔斷，可將電流路徑安全切斷。
另，保護元件40中，亦與保護元件30同樣，亦可形成複數個發熱體4及複數個第1、第2引出電極6、10。該情形時，中間電極8亦不與各第2引出電極10重疊，且配置於與各第1引出電極6進而有距離之位置，故施加高電壓之情形時亦可防止產生火花。
[第4實施形態] 接著，針對適用本技術之保護元件之第4實施形態進行說明。另，以下之說明中，有時對與上述保護元件1、30、40相同之構成標註相同符號，省略其細節。第4實施形態之保護元件50如圖14(A)～(C)、圖15及圖16(A)(B)所示，於絕緣基板2之與正面2a相反側之背面2b，形成有發熱體4、發熱體供電電極5、第1引出電極6、發熱體連接電極9、第2引出電極10及被覆該等之絕緣層7。又，保護元件50於絕緣基板2之正面2a，形成有：中間電極8，其搭載保險絲部件3；第1連接電極51，其連接中間電極8與發熱體連接電極9；第2連接電極52，其經由堞形體與發熱體供電電極5連接；第1電極11；及第2電極12。
第1連接電極51及第2連接電極52可藉由與上述發熱體供電電極5或發熱體連接電極9相同之材料、相同之步驟形成。
發熱體連接電極9與第1連接電極51藉由貫通絕緣基板2之貫通孔53連續。貫通孔53係於內部形成有導電層之導電通孔，經由貫通孔53將發熱體連接電極9與第1連接電極51電性及熱連接。即，保護元件50之發熱體4可經由絕緣基板2加熱中間電極8，且經由導熱性優異之發熱體連接電極9、貫通孔53及第1連接電極51，將發熱體4之熱傳遞至中間電極8，加熱、熔斷保險絲部件3(圖16)。
第2連接電極52形成有絕緣性限制壁54。限制壁54用以防止將發熱體供電電極5連接於外部電路基板之連接焊料之填料(fillet)於第2連接電極52上濡濕擴散時，與中間電極8或保險絲部件3接觸。限制壁54可藉由例如將玻璃漿塗佈於第2連接電極52上而形成。
保護元件50之中間電極8介隔絕緣基板2與第2引出電極10重疊。藉此，可經由絕緣基板2將中間電極8與第2引出電極10熱連接，輔助加熱中間電極8及搭載於其之保險絲部件3。
又，保護元件50之中間電極8介隔絕緣基板2與第1引出電極6重疊。藉此，可經由絕緣基板2將中間電極8與第1引出電極6熱連接，輔助加熱中間電極8及搭載於其之保險絲部件3。另，保護元件50之中間電極8亦可介隔絕緣基板2形成於不與第1引出電極6重疊之位置。藉此，更不易形成高電位部之第1引出電極6與低電位部之中間電極8間之放電路徑，可防止產生火花。
[第5實施形態] 接著，針對適用本技術之保護元件之第5實施形態進行說明。另，以下之說明中，有時對與上述保護元件1、30、40、50相同之構成標註相同符號，省略其細節。第5實施形態之保護元件60係於在絕緣基板2之背面2b，將發熱體4、第1引出電極6及第2引出電極10、絕緣層7分別形成複數個之方面，與保護元件50不同。
如圖17(A)～(C)、圖18及圖19(A)(B)所示，保護元件60之複數個發熱體4於絕緣基板2之背面2b上分開排列設置。各發熱體4係一端部4a經由第1引出電極6與發熱體供電電極5連接，另一端部4b經由第2引出電極10與發熱體供電電極9連接。該等各發熱體4、各第1引出電極6、各第2引出電極10係由絕緣層7被覆。
[保持電極] 又，保護元件60與保護元件30同樣，於絕緣基板2之背面2b，形成保持保險絲部件3之熔融導體3a之保持電極32，使形成於正面2a之中間電極8與保持電極32經由貫通絕緣基板2之貫通孔33而連續，將熔融後之保險絲部件3之熔融導體3a，經由貫通孔33吸引至保持電極32側。因此，於保險絲部件3隨著保護元件之高額定化、高電容化而大型化，熔融量因此而增大之情形時，亦可由保持電極32、中間電極8及第1、第2電極11、12保持大量熔融導體3a，而可將保險絲部件3確實熔斷。
保持電極32係與設置於絕緣基板2之背面2b之絕緣層7重疊而形成。又，保持電極32與中間電極8同樣，可使用Ag或Cu或以Ag或Cu為主成分之合金材料等眾所周知之電極材料，利用印刷等眾所周知之方法來形成。
貫通孔33貫通中間電極8、絕緣基板2、絕緣層7及保持電極32。又，貫通孔33於內表面形成有導電層34。導電層34與中間電極8及保持電極32連續。藉此，可容易將凝聚於中間電極8之熔融導體3a引導至貫通孔33內，且使經由貫通被33被吸引之熔融導體3a凝聚於保持電極32，可吸引更多熔融導體3a，而減少由中間電極8及第1、第2電極11、12保持之保險絲部件3之熔斷部位處之熔融導體3a之體積。
又，保護元件60中，藉由形成於保持電極32之貫通孔33內之導電層34與中間電極8連接，構成自發熱體供電電極5經由保持電極32及保險絲部件3到達第1電極11之向發熱體4之供電路徑。又，保護元件60係藉由形成於保持電極32之貫通孔33內之導電層34與中間電極8連接，來構成將發熱體4之熱經由導電層34及中間電極8傳遞至保險絲部件3之熱路徑。
另，保護元件60中，亦可藉由形成複數個貫通孔33，來增加吸引保險絲部件3之熔融導體3a之路徑，吸引更多熔融導體3a，藉此減少熔斷部位處之熔融導體3a之體積。
若經由發熱體供電電極5對各發熱體4通電，則發熱體供電電極5及第1引出電極6側成為高電位部，第2引出電極10、發熱體連接電極9及中間電極8側成為低電位部。且，保護元件60於俯視時，中間電極8不與各第1引出電極6重疊，而與各第2引出電極10重疊。
因此，保護元件60於俯視時，中間電極8形成於與各第1引出電極6有距離之位置，不易形成高電位部之第1引出電極6與低電位部之中間電極8間之放電路徑，施加高電壓之情形時亦不易產生火花(放電)，可安全且快速地切斷電流路徑。
又，保護元件60藉由中間電極8與各第2引出電極10重疊，可經由絕緣基板2將中間電極8與第2引出電極10熱連接，而效率良好地加熱中間電極8及搭載於其之保險絲部件3。因此，對各發熱體4通電後，可快速熔斷保險絲部件3。
另，保護元件60之位於發熱體4之通電方向下游側之保持電極32亦與第2引出電極10重疊，不與第1引出電極6重疊，藉此形成於與高電位第1引出電極6離開之位置，故施加高電壓之情形時亦不易產生火花(放電)，可防止因火花所致之破損。
又，保護元件60之發熱體4形成於貫通孔33之兩側，這對於加熱保持電極32及中間電極8，且凝聚、吸引更多熔融導體3a之方面較佳。
[第6實施形態] 接著，針對適用本技術之保護元件之第6實施形態進行說明。另，以下之說明中，有時對與上述保護元件1、30、40、50、60相同之構成標註相同符號，省略其細節。如圖20(A)(B)所示，第6實施形態之保護元件70藉由於絕緣基板2之正面2a形成發熱體4及中間電極8，於絕緣基板2之背面2b形成保持電極32，由絕緣基板2構成自中間電極8經由貫通孔33將保險絲部件3之熔融導體3a吸引、保持於保持電極32側的熔斷構件71，且保險絲部件3由該熔斷構件71夾持。
熔斷構件71之絕緣基板2於正面2a，形成有：複數個發熱體4；發熱體供電電極5，其成為向各發熱體4供電之端子；複數個第1引出電極6，其等自發熱體供電電極5引出，與各發熱體4之一端部4a連接；絕緣層7，其被覆發熱體4；中間電極8，其形成於絕緣層7上，連接於保險絲部件3；發熱體連接電極9，其形成於絕緣基板2之正面2a側之各發熱體4及中間電極8間，連接各發熱體4及中間電極8；及第2引出電極10，其自發熱體連接電極9引出，與各發熱體4之另一端部4b連接。由於該等各電極5、6、8、9、10、發熱體4及絕緣層7之構成或效果與上述保護元件30相同，故省略細節。
又，熔斷構件71之絕緣基板2於背面2b，形成保持保險絲部件3之熔融導體3a之保持電極32，中間電極8與保持電極32經由貫通絕緣基板2，且於內表面形成有導電層34之貫通孔33連續。藉此，絕緣基板2將熔融後之保險絲部件3之熔融導體3a，經由貫通孔33自中間電極8吸引至保持電極32側。由於該等保持電極32、貫通孔33及導電層34之構成或效果與上述保護元件30相同，故省略細節。
此處，熔斷構件71之絕緣基板2亦可於正面2a設置輔助電極73，其與中間電極8一起設置連接於保險絲部件3，且保持熔融導體3a。又，保險絲部件3與絕緣基板2分開設置，且經由連接焊料14等接合材料與連接於外部電路之第1、第2外部端子74、75連接。即，第1、第2外部端子74、75經由保險絲部件3電性導通。又，各熔斷構件71之發熱體供電電極5亦同樣與絕緣基板2分開設置，與連接於外部電路之第3外部端子76連接。
另，保護元件70之熔斷構件71、保險絲部件3及第1～第3外部端子74～76收納於絕緣性外殼77。外殼77具有：下外殼77a，其配置連接於保險絲部件3之下側之熔斷構件71及第1～第3外部端子74～76；及蓋77b，其覆蓋下外殼77a上。為了由所配置之熔斷構件71之保持電極32保持熔融導體3a，於下外殼77a形成有具有充足大小之收納凹部78。又，蓋77b具有用以收納連接於保險絲部件3之上側之熔斷構件71，且由該熔斷構件71之保持電極32保持熔融導體3a之充足之內部空間。
第1、第2外部端子74、75之一端於外殼77內與保險絲部件3連接，另一端向外殼77外導出，與外部電路連接。又，第3外部端子76之一端於外殼77內與各熔斷構件71之發熱體供電電極5連接，另一端向外殼77外導出，與外部電路連接。
且，保護元件70如圖20所示，保險絲部件3由複數個熔斷構件71夾持。圖20所示之保護元件70之熔斷構件71分別配設於保險絲部件3之一面及另一面。圖21係保護元件70之電路圖。配設於保險絲部件3之正面及背面之各熔斷構件71分別經由形成於各絕緣基板2之第1引出電極6、發熱體供電電極5及第3外部端子76將發熱體4之一端連接於用以使發熱體4發熱之電源，經由形成於各絕緣基板2之第2引出電極10、發熱體連接電極9及中間電極8將發熱體4之另一端與保險絲部件3連接。
如圖22所示，保護元件70於藉由發熱體4之發熱將保險絲部件3熔斷時，連接於保險絲部件3之兩面之各熔斷構件71、71之發熱體4發熱，自保險絲部件3之兩面加熱。因此，保護元件70於為了應對大電流用途而增大保險絲部件3之剖面積之情形時，亦可快速加熱保險絲部件3將之熔斷。
又，保護元件70自保險絲部件3之兩面將熔融導體3a吸引至形成於各熔斷構件71之絕緣基板2之各貫通孔33內，且使之凝聚於保持電極32。因此，保護元件70於為了應對大電流用途而增大保險絲部件3之剖面積，產生超出中間電極8對熔融導體3a之保持容量之熔融導體3a之情形時，除中間電極8外，還由貫通孔33及保持電極32保持熔融導體3a，此外，由複數個熔斷構件71吸引熔融導體3a，藉此可確實使保險絲部件3熔斷。又，保護元件70藉由以複數個熔斷構件71吸引熔融導體3a，可使保險絲部件3更快速熔斷。
保護元件70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保險絲部件3之情形時，亦可使保險絲部件3快速熔斷。即，由高熔點金屬被覆之保險絲部件3於發熱體4發熱之情形時，加熱至外層之高熔點金屬熔融之溫度為止亦需要時間。此處，保護元件70具備複數個熔斷構件71，藉由使各發熱體4同時發熱，可將外層之高熔點金屬快速加熱至熔融溫度。因此，根據保護元件70，可加厚構成外層之高熔點金屬層之厚度，可謀求更高額定化，且維持快速熔斷性。
又，保護元件70如圖20所示，較佳為一對熔斷構件71、71對向且連接於保險絲部件3。藉此，可以保護元件70之一對熔斷構件71、71，自兩面側同時加熱保險絲部件3之相同部位，且吸引熔融導體3a，可更快速加熱、熔斷保險絲部件3。
又，保護元件70較佳為形成於一對熔斷構件71、71之各絕緣基板2之中間電極8及輔助電極73介隔保險絲部件3互相對向。藉此，將一對熔斷構件71、71對稱連接，藉此於回流焊安裝時等，對保險絲部件3均衡地施加負載，可提高對變形之耐性。
[第7實施形態] 接著，針對適用本技術之保護元件之第7實施形態進行說明。另，以下之說明中，有時對與上述保護元件1、30、40，50，60、70相同之構成標註相同符號，省略其細節。如圖23(A)(B)、圖24所示，第7實施形態之保護元件80藉由於絕緣基板2之正面2a形成中間電極8，於絕緣基板2之背面2b形成發熱體4及保持電極32，由絕緣基板2構成自中間電極8經由貫通孔33將保險絲部件3之熔融導體3a吸引保持於保持電極32側的熔斷構件81，保險絲部件3由該熔斷構件81夾持。
熔斷構件81之絕緣基板2於正面2a，形成有連接於保險絲部件3之中間電極8。由於該中間電極8之構成或效果與上述保護元件60相同，故省略細節。又，熔斷構件81中，亦可於絕緣基板2之正面2a，設置與中間電極8一起連接於保險絲部件3，且保持熔融導體3a之輔助電極73。
又，熔斷構件81之絕緣基板2於背面2b，形成有：複數個發熱體4；發熱體供電電極5，其成為向各發熱體4供電之端子；複數個第1引出電極6，其等自發熱體供電電極5引出，與各發熱體4之一端部4a連接；絕緣層7，其被覆發熱體4；發熱體連接電極9，其形成於絕緣基板2之正面2a側之各發熱體4及中間電極8間，連接各發熱體4及中間電極8；第2引出電極10，其自發熱體連接電極9引出，與各發熱體4之另一端部4b連接；及保持電極32，其形成於絕緣層7上，保持保險絲部件3之熔融導體3a；中間電極8與保持電極32經由貫通絕緣基板2，於內表面形成有導電層34之貫通孔33連接。藉此，絕緣基板2將熔融後之保險絲部件3之熔融導體3a，經由貫通孔33自中間電極8吸引至保持電極32側，且構成發熱體4之導電路徑及向保險絲部件3之熱路徑。由於該等各電極5、6、9、10、發熱體4、絕緣層7、保持電極32、貫通孔33及導電層34之構成或效果與上述保護元件60相同，故省略細節。
與保護元件70相同，保險絲部件3經由連接焊料14等接合材料，與連接於外部電路之第1、第2外部端子74、75連接。又，各熔斷構件81之發熱體供電電極5亦與連接於外部電路連接之第3外部端子76連接。
保護元件80中發熱體4之通電、保險絲部件3之熔斷作用等與上述保護元件70相同，故省略細節。
又，保護元件70，80中，於將發熱體4形成於絕緣基板2之正面2a、背面2b之任一者之情形時，皆將其形成於貫通孔33之兩側，這對於加熱保持電極32及中間電極8，且凝聚、吸引更多熔融導體3a之方面較佳。
又，如圖25(A)(B)、圖26(A)(B)所示，保護元件70、80亦可於絕緣基板2之正面2a或背面2b形成絕緣層7後，形成發熱體供電電極5、第1引出電極6、第2引出電極10、發熱體連接電極9及發熱體4，進而於該等之上形成絕緣層7，藉此於絕緣層7內形成發熱體4等。
1:保護元件 2:絕緣基板 2a:正面 2b:背面 3:保險絲部件 3a:熔融導體 4:發熱體 4a:一端部 4b:另一端部 5:發熱體供電電極 5a:第3外部連接電極 6:第1引出電極 7:絕緣層 8:中間電極 9:發熱體連接電極 10:第2引出電極 11:第1電極 11a:第1外部連接電極 12:第2電極 12a:第2外部連接電極 14:連接焊料 15:低熔點金屬層 16:高熔點金屬層 17:限制壁 20:電池組 20a:正極端子 20b:負極端子 21a～21d:電池單元 22:充電裝置 23:電流控制元件 23a:電流控制元件 23b:電流控制元件 24:控制部 25:電池堆 26:充放電控制電路 27:檢測電路 28:電流控制元件 30:保護元件 32:保持電極 33:貫通孔 34:導電層 40:保護元件 50:保護元件 51:第1連接電極 52:第2連接電極 53:貫通孔 54:限制壁 60:保護元件 70:保護元件 71:熔斷構件 73:輔助電極 74:第1外部端子 75:第2外部端子 76:第3外部端子 77:外殼 77a:下外殼 77b:蓋 78:收納凹部 80:保護元件 81:熔斷構件 100:保護元件 101:絕緣基板 102:第1電極 102a:第1外部連接電極 103:第2電極 103a:第2外部連接電極 104:發熱體 105:絕緣層 106:中間電極 107:保險絲部件 108:發熱體供電電極 108a:第3外部連接電極 110:保護元件 111:保持電極 112:貫通孔
圖1係顯示適用本技術之保護元件之第1實施形態之圖，(A)係俯視圖，(B)係剖視圖，(C)係仰視圖。 圖2係第1實施形態之保護元件之剖視圖。 圖3係顯示第1實施形態之保護元件中，保險絲部件熔斷之狀態之圖，(A)係俯視圖，(B)係剖視圖。 圖4係保險絲部件之外觀立體圖。 圖5係顯示電池組之構成例之電路圖。 圖6係第1實施形態之保護元件之電路圖。 圖7係顯示實施例之保護元件之相對尺寸之俯視圖。 圖8係顯示比較例之保護元件之相對尺寸之俯視圖。 圖9係顯示適用本技術之保護元件之第2實施形態之圖，(A)係俯視圖，(B)係剖視圖，(C)係仰視圖。 圖10係第2實施形態之保護元件之電路圖。 圖11係第2實施形態之保護元件之剖視圖。 圖12係顯示第2實施形態之保護元件中，保險絲部件熔斷之狀態之圖，(A)係俯視圖，(B)係剖視圖。 圖13係顯示適用本技術之保護元件之第3實施形態之俯視圖。 圖14係顯示適用本技術之保護元件之第4實施形態之圖，(A)係俯視圖，(B)係剖視圖，(C)係仰視圖。 圖15係第4實施形態之保護元件之剖視圖。 圖16係顯示第4實施形態之保護元件中，保險絲部件熔斷之狀態之圖，(A)係俯視圖，(B)係剖視圖。 圖17係顯示適用本技術之保護元件之第5實施形態之圖，(A)係俯視圖，(B)係剖視圖，(C)係仰視圖。 圖18係第5實施形態之保護元件之剖視圖。 圖19係顯示第5實施形態之保護元件中，保險絲部件熔斷之狀態之圖，(A)係俯視圖，(B)係剖視圖。 圖20係顯示適用本技術之保護元件之第6實施形態之圖，(A)係俯視圖，(B)係剖視圖。 圖21係第6實施形態之保護元件之電路圖。 圖22係顯示第6實施形態之保護元件中，保險絲部件熔斷之狀態之剖視圖。 圖23係顯示適用本技術之保護元件之第7實施形態之圖，(A)係俯視圖，(B)係剖視圖。 圖24係顯示第7實施形態之保護元件中，保險絲部件熔斷之狀態之剖視圖。 圖25係顯示第6實施形態之保護元件之變化例之圖，(A)係顯示保險絲部件熔斷前之狀態之剖視圖，(B)係顯示保險絲部件熔斷後之狀態之剖視圖。 圖26係顯示第7實施形態之保護元件之變化例之圖，(A)係顯示保險絲部件熔斷前之狀態之剖視圖，(B)係顯示保險絲部件熔斷後之狀態之剖視圖。 圖27係顯示先前之保護元件之圖，(A)係俯視圖，(B)係剖視圖，(C)係仰視圖。 圖28係顯示先前之保護元件之圖，(A)係俯視圖，(B)係剖視圖，(C)係仰視圖。 圖29係顯示圖27所示之保護元件中，產生火花之狀態之俯視圖。 圖30係顯示圖28所示之保護元件中，產生火花之狀態之俯視圖。 圖31係顯示圖28所示之保護元件中，產生火花之狀態之俯視圖。
1:保護元件
2:絕緣基板
2a:正面
2b:背面
3:保險絲部件
4:發熱體
4a:一端部
4b:另一端部
5:發熱體供電電極
5a:第3外部連接電極
6:第1引出電極
7:絕緣層
8:中間電極
9:發熱體連接電極
10:第2引出電極
11:第1電極
11a:第1外部連接電極
12:第2電極
12a:第2外部連接電極
14:連接焊料

Claims (15)

  1. 一種保護元件，其包含： 絕緣基板； 保險絲部件，其設置於上述絕緣基板之一面側； 發熱體，其形成於上述絕緣基板之一面側，藉由發熱將上述保險絲部件熔斷； 發熱體供電電極，其形成於上述絕緣基板之一面側，供應使上述發熱體發熱之電流； 第1引出電極，其自上述發熱體供電電極引出，與上述發熱體之一端部連接； 中間電極，其與上述保險絲部件相接； 發熱體連接電極，其形成於上述絕緣基板之一面側之上述發熱體及上述中間電極間，連接上述發熱體及上述中間電極； 第2引出電極，其自上述發熱體連接電極引出，與上述發熱體之另一端部連接；及 絕緣層，其被覆上述發熱體、上述第1引出電極及上述第2引出電極，積層有上述中間電極；且 上述中間電極係介隔上述絕緣層，不與上述第1引出電極重疊，而與上述第2引出電極重疊。
  2. 一種保護元件，其包含： 絕緣基板； 保險絲部件，其設置於上述絕緣基板之一面側； 發熱體，其形成於上述絕緣基板之一面側，藉由發熱將上述保險絲部件熔斷； 發熱體供電電極，其形成於上述絕緣基板之一面側，供應使上述發熱體發熱之電流； 第1引出電極，其自上述發熱體供電電極引出，與上述發熱體之一端部連接； 中間電極，其與上述保險絲部件相接； 發熱體連接電極，其形成於上述絕緣基板之一面側之上述發熱體及上述中間電極間，連接上述發熱體及上述中間電極； 第2引出電極，其自上述發熱體連接電極引出，與上述發熱體之另一端部連接；及 絕緣層，其被覆上述發熱體、上述第1引出電極及上述第2引出電極，積層有上述中間電極；且 於俯視時，按照上述第1引出電極、上述發熱體、上述第2引出電極、上述中間電極之順序配置。
  3. 如請求項2之保護元件，其中上述第2引出電極與上述中間電極係於俯視時不重疊。
  4. 如請求項1或2之保護元件，其中於上述中間電極之兩側，分別設有上述發熱體、上述第1引出電極及上述第2引出電極。
  5. 如請求項4之保護元件，其中於上述絕緣基板之與一面為相反側之另一面，形成保持上述保險絲部件之熔融導體之保持電極， 上述中間電極與上述保持電極，經由貫通上述絕緣基板之貫通孔連續。
  6. 如請求項5之保護元件，其中上述絕緣基板構成將熔融後之上述保險絲部件之熔融導體，經由上述貫通孔吸引至上述保持電極側的熔斷構件， 上述保險絲部件由上述熔斷構件夾持。
  7. 一種保護元件，其包含： 絕緣基板； 保險絲部件，其設置於上述絕緣基板之一面側； 發熱體，其形成於上述絕緣基板之與上述一面為相反之另一面側，藉由發熱將上述保險絲部件熔斷； 發熱體供電電極，其形成於上述絕緣基板之另一面側，供應使上述發熱體發熱之電流； 第1引出電極，其自上述發熱體供電電極引出，與上述發熱體之一端部連接； 中間電極，其形成於上述絕緣基板之一面側，配置有上述保險絲部件； 發熱體連接電極，其形成於上述絕緣基板之另一面側之上述發熱體及上述中間電極間，連接上述發熱體及上述中間電極； 第2引出電極，其自上述發熱體連接電極引出，與上述發熱體之另一端部連接；及 絕緣層，其被覆上述發熱體、上述第1引出電極及上述第2引出電極；且 上述中間電極介隔上述絕緣基板，與上述第2引出電極重疊。
  8. 如請求項7之保護元件，其中上述中間電極亦與上述第1引出電極重疊。
  9. 如請求項7之保護元件，其中上述中間電極不與上述第1引出電極重疊。
  10. 如請求項7至9中任一項之保護元件，其中於上述中間電極之兩側，分別設有上述發熱體、上述第1引出電極、及上述第2引出電極。
  11. 如請求項10之保護元件，其中於上述絕緣層上，形成有保持上述保險絲部件之熔融導體之保持電極， 上述中間電極與上述保持電極，係經由貫通上述絕緣基板之貫通孔連續。
  12. 如請求項11之保護元件，其中上述絕緣基板構成將熔融後之上述保險絲部件之熔融導體，經由上述貫通孔吸引至上述保持電極側的熔斷構件， 上述保險絲部件由上述熔斷構件夾持。
  13. 一種電池組，其包含： 1個以上電池單元； 保護元件，其連接於上述電池單元之充放電路徑上，將該充放電路徑切斷；及 電流控制元件，其檢測上述電池單元之電壓值，控制對上述保護元件之通電； 上述保護元件包含： 絕緣基板； 保險絲部件，其設置於上述絕緣基板之一面側； 發熱體，其形成於上述絕緣基板之一面側，藉由發熱將上述保險絲部件熔斷； 發熱體供電電極，其形成於上述絕緣基板之一面側，供應使上述發熱體發熱之電流； 第1引出電極，其自上述發熱體供電電極引出，與上述發熱體之一端部連接； 中間電極，其與上述保險絲部件相接； 發熱體連接電極，其形成於上述絕緣基板之一面側之上述發熱體及上述中間電極間，連接上述發熱體及上述中間電極； 第2引出電極，其自上述發熱體連接電極引出，與上述發熱體之另一端部連接；及 絕緣層，其被覆上述發熱體、上述第1引出電極及上述第2引出電極，積層有上述中間電極；且 上述中間電極係介隔上述絕緣層，不與上述第1引出電極重疊，而與上述第2引出電極重疊。
  14. 一種電池組，其包含： 1個以上電池單元； 保護元件，其連接於上述電池單元之充放電路徑上，將該充放電路徑切斷；及 電流控制元件，其檢測上述電池單元之電壓值，控制對上述保護元件之通電； 上述保護元件包含： 絕緣基板； 保險絲部件，其設置於上述絕緣基板之一面側； 發熱體，其形成於上述絕緣基板之一面側，藉由發熱將上述保險絲部件熔斷； 發熱體供電電極，其形成於上述絕緣基板之一面側，供應使上述發熱體發熱之電流； 第1引出電極，其自上述發熱體供電電極引出，與上述發熱體之一端部連接； 中間電極，其與上述保險絲部件相接； 發熱體連接電極，其形成於上述絕緣基板之一面側之上述發熱體及上述中間電極間，連接上述發熱體及上述中間電極； 第2引出電極，其自上述發熱體連接電極引出，與上述發熱體之另一端部連接；及 絕緣層，其被覆上述發熱體、上述第1引出電極及上述第2引出電極，積層有上述中間電極；且 於俯視時，按照上述第1引出電極、上述發熱體、上述第2引出電極、上述中間電極之順序配置。
  15. 一種電池組，其包含： 1個以上電池單元； 保護元件，其連接於上述電池單元之充放電路徑上，將該充放電路徑切斷；及 電流控制元件，其檢測上述電池單元之電壓值，控制對上述保護元件之通電； 上述保護元件包含： 絕緣基板； 保險絲部件，其設置於上述絕緣基板之一面側； 發熱體，其形成於上述絕緣基板之與上述一面為相反之另一面側，藉由發熱將上述保險絲部件熔斷； 發熱體供電電極，其形成於上述絕緣基板之另一面側，供應使上述發熱體發熱之電流； 第1引出電極，其自上述發熱體供電電極引出，與上述發熱體之一端部連接； 中間電極，其形成於上述絕緣基板之一面側，配置有上述保險絲部件； 發熱體連接電極，其形成於上述絕緣基板之另一面側之上述發熱體及上述中間電極間，連接上述發熱體及上述中間電極； 第2引出電極，其自上述發熱體連接電極引出，與上述發熱體之另一端部連接；及 絕緣層，其被覆上述發熱體、上述第1引出電極及上述第2引出電極；且 上述中間電極介隔上述絕緣基板，與上述第2引出電極重疊。
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