TW202234446A - 保護元件及電子機器 - Google Patents

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氷見山潤平
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日商迪睿合股份有限公司
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Abstract

本發明之保護元件具備第1端子、及分別連接於上述第1端子之第2端子及第3端子，關於連接上述第1端子與上述第2端子之保險絲組件之電阻，連接上述第1端子與上述第3端子之保險絲組件之至少一部分的電阻較連接上述第1端子與上述第2端子之保險絲組件高。

Description

保護元件及電子機器
本發明係關於一種保護元件及電子機器。 本案係基於2020年12月28日於日本提出申請之日本專利特願2020-219150號而主張優先權，將其內容引用至本文中。
作為保護元件，已知有如下構成者，即，於電路基板中流通超出額定之過電流時保險絲組件本身發熱而熔斷，藉此使電流路徑切斷。又，作為保護元件，已知有如下構成者，即，於內部具有發熱體(加熱器)，當產生過電流以外之異常時，藉由使電流於發熱體中流通而使發熱體發熱，利用該熱使保險絲組件熔斷。
專利文獻1中，揭示有一種保護元件，其具有串聯連接之第1保險絲組件及第2保險絲組件、以及連接於第1保險絲組件與第2保險絲組件之間之發熱體。該保護元件構成為，於過電流在第1保險絲組件及第2保險絲組件中流通時，第1保險絲組件先於第2保險絲組件被切斷。 先前技術文獻 專利文獻
專利文獻1：日本專利特開2020-92085號公報
[發明所欲解決之問題]
於如可移動式機器般輸出電壓為20 V以下之機器之電源中，為了使用保險絲符合例如UL2054(電池組之規格)規定之限制電源(LPS：Limited Power Source，限功率電源)之必要條件，必須於放電側使用額定電流值為5 A以下之保險絲，因此必須提高保險絲之電阻值(5.0 mΩ以上)。另一方面，於近來之可移動式機器中，快速充電之需求亦增加，於快速充電之情形時流通充電電流值為5 A以上之較高電流，故必須使保險絲之電阻值為1.0 mΩ以下。即，為了符合LPS之必要條件與應對快速充電之需求，而要求相反之保護元件特性。作為兼顧該相反之要求之方法，有如下方法，即，使充電端子與放電端子分離，於充電時使用應用有電阻相對較低之保險絲組件之附發熱體之保護元件，於放電時使用應用有電阻相對較高之保險絲組件之保護元件，即，使用兩種以上之保護元件。然而，使用兩種以上保護元件時存在電路尺寸變大等問題。
本發明係鑒於上述情況而完成，其目的在於提供一種保護元件，於放電時即便為相對較低之電流值亦能夠切斷電流路徑，於充電時即便為相對較高之電流值亦不會切斷電流路徑而能夠快速充電。又，其目的在於提供一種以具備此種保護元件及電源之可移動式機器為代表之電子機器。 [解決問題之技術手段]
本發明為了解決上述問題而提供以下手段。
(1)本發明之一形態之保護元件具備：第1端子、以及分別連接於上述第1端子之第2端子及第3端子，連接上述第1端子與上述第3端子之保險絲組件之至少一部分的電阻較連接上述第1端子與上述第2端子之保險絲組件高。
(2)於上述(1)所記載之形態中，亦可設為如下構成：進而具備中間電極，並具有將上述第1端子與上述中間電極連接之第1保險絲組件、將上述第2端子與上述中間電極連接之第2保險絲組件、及將上述第3端子與上述中間電極連接之第3保險絲組件，上述第3保險絲組件之電阻較上述第2保險絲組件高。 (3)於上述(1)所記載之形態中，亦可設為如下構成：進而具備中間電極，上述第2端子與上述中間電極直接連接，且本發明之保護元件具有將上述第1端子與上述中間電極連接之第1保險絲組件、及將上述第3端子與上述中間電極連接之第3保險絲組件，上述第3保險絲組件之電阻較上述第1保險絲組件高。 (4)於上述(2)或(3)所記載之形態中，亦可設為如下構成：進而具備第4端子，上述第4端子經由發熱體而與上述中間電極連接。 (5)於上述(1)至(4)所記載之形態中，亦可設為如下構成：上述第1端子與能夠充放電之電源連接，上述第2端子與充電線連接，上述第3端子與放電線連接。
(6)本發明之一形態之電子機器具備：電源、及連接於上述電源之上述(1)至(5)所記載之保護元件。 (7)於上述(6)所記載之形態中，亦可設為如下構成，即，具備：控制裝置，其檢測上述電源之電壓；及開關，其基於上述檢測出之電壓，於上述電源發生過量充電之情形時作動。 (8)於上述(6)或(7)所記載之形態中，上述電源為鋰離子二次電池或電容器。 [發明之效果]
根據本發明，可提供一種保護元件，其於放電時即便為相對較低之電流值亦能夠切斷電流路徑，於充電時即便為相對較高之電流值亦不會切斷電流路徑而能夠快速充電。又，根據本發明，提供一種以具備上述保護元件及電源之可移動式機器為代表之電子機器。
以下，一面適當參照圖式一面對本發明之保護元件之實施方式詳細地進行說明。為了方便起見，以下說明所使用之圖式中有時將成為特徵之部分放大表示，以便容易瞭解特徵，各構成要素之尺寸比率等有時與實際情形不同。以下說明中例示之材料、尺寸等為一例，本發明並不限定於其等，能夠於發揮本發明之效果之範圍內適當變更而實施。能夠於不脫離本發明之主旨之範圍內，對位置、數量、比率、種類、大小、形狀等進行變更、省略、追加、替換、及其他變更。只要無特別問題，則亦可使各例中之較佳之特徵或條件相互共有。
圖1係具備本發明之第1實施方式之保護元件的電子機器之電源部之電路圖。電子機器例如係行動電話、智慧型手機、平板型電腦等可移動式機器或數位相機。 如圖1所示，保護元件1具備第1端子10、第2端子20、第3端子30、第4端子40、及中間電極50。第1端子10、第2端子20、第3端子30及第4端子40配置成第1端子10與第3端子30對向，且第2端子20與第4端子40對向。
第1端子10經由第1保險絲組件15而與中間電極50連接。又，第1端子10與配備於電子機器之電源60連接。電源60能夠充放電。作為電源60，例如可使用二次電池、電容器。本實施方式中，使用鋰離子二次電池作為電源60。
第2端子20與中間電極50直接連接。因此，連接第1端子10與第2端子20之保險絲組件為第1保險絲組件15。第1保險絲組件15之額定電流值較佳為10 A以上，更佳為處於15 A以上30 A以下之範圍內。又，第1保險絲組件15之電阻值較佳為1.0 mΩ以下，更佳為處於0.15 mΩ以上0.6 mΩ以下之範圍內。
第3端子30經由第3保險絲組件35而與中間電極50直接連接。因此，連接第1端子10與第3端子30之保險絲組件為第1保險絲組件15與第3保險絲組件35。將第1保險絲組件15與第3保險絲組件35以串聯方式連接時之電阻設定為高於第1保險絲組件15。又，第3保險絲組件35設定為電阻高於第1保險絲組件15。將第1保險絲組件15與第3保險絲組件35以串聯方式連接時之額定電流值較佳為5 A以下，較佳為處於1 A以上5 A以下之範圍內。又，將第1保險絲組件15與第3保險絲組件35以串聯方式連接時之電阻值較佳為處於5 mΩ以上20 Ω以下之範圍內。
第2端子20與電子機器之充電線連接。於電源60充電時，通過第1端子10、第1保險絲組件15、中間電極50、及第2端子20而流通電流。因此，於電源60充電時流通有過電流時，第1保險絲組件15發熱而熔斷，藉此切斷電流路徑。另一方面，第3端子30與電子機器之放電線連接。於電源60放電時，通過第1端子10、第1保險絲組件15、中間電極50、第3保險絲組件35、及第3端子30而流通電流。因此，於電源60放電時流通有過電流時，第3保險絲組件35發熱而熔斷，藉此切斷電流路徑。
又，第4端子40經由發熱體45而與中間電極50連接。第4端子40與放電線連接。第4端子與配備於電子機器之開關61連接。開關61與控制裝置62連接。控制裝置62檢測電源60之電壓，且基於檢測出之電壓，例如於電源60發生過量充電等異常之情形時，使開關61作動。藉此，對第4端子供給電流，發熱體45發熱。發熱體45之熱傳輸至中間電極50，藉此使第1保險絲組件15與第3保險絲組件35熔斷。
保護元件1中，將第1保險絲組件15與第3保險絲組件35以串聯方式連接時之電阻設定為高於第1保險絲組件15之電阻。因此，可使放電時之額定電流值相較充電時之額定電流值相對較低，故可確保放電時之安全性。另一方面，由於可使充電時之額定電流值相較放電時之額定電流值相對較高，故於充電時能以相較放電時相對較高之電流值對電源60充電，從而能夠快速充電。又，於產生過電流以外之異常時，可藉由使發熱體45發熱而切斷電流路徑，故可確保更高安全性。
其次，參照圖2～5，對本實施方式之保護元件1之構成例進行說明。 圖2係表示本發明之第1實施方式之保護元件之一例的俯視圖。圖3係圖2所示之保護元件之仰視圖。圖4係圖2所示之保護元件之IV-IV線剖視圖。圖5係圖2所示之保護元件之V-V線剖視圖。
圖2～圖5所示之保護元件1a具有：基板70、配備於基板70之第1端子10、第2端子20、第3端子30、第4端子40、及中間電極50。基板70於俯視下為具有4條邊之四邊形，將第1端子10與第3端子30以對向之方式、且將第2端子20與第4端子40以對向之方式分別配備於基板70之各邊。
第1端子10包含配備於基板正面70a之第1正面電極11a、配備於基板背面70b之第1背面電極11b、及連接第1正面電極11a與第1背面電極11b之第1通孔12。同樣地，第2端子20包含第2正面電極21a、第2背面電極21b、及第2通孔22。第3端子30包含第3正面電極31a、第3背面電極31b、及第3通孔32。第4端子40包含第4正面電極41a、第4背面電極41b、及第4通孔42。再者，第4端子可省略第4正面電極41a與第4通孔42而單獨作為第4背面電極41b。
中間電極50配備於基板70之基板正面70a。中間電極50與第2端子20之第2正面電極21a直接連接。中間電極50以穿過第1端子10與第3端子30之間之方式延長。中間電極50配置於第3端子30與中間電極50之間之距離L 3較第1端子10與中間電極50之間之距離L 1長之位置。
連接第1端子10與中間電極50之第1保險絲組件15、和連接第3端子30與中間電極50之第3保險絲組件35連結而構成一個帶狀之保險絲連結體71。保險絲連結體71經由導電性連接材料72而將中間電極50與第1端子10及第3端子30連接。
第4端子40之第4背面電極41b與發熱體45之一端部連接。發熱體45之另一端部與第2端子20之第2背面電極21b連接。發熱體45由絕緣層46被覆。
作為基板70之材料，只要為具有絕緣性者則並無特別限制，例如，除陶瓷基板或玻璃環氧化物基板之類的用作印刷配線基板之基板以外，還可使用玻璃基板、樹脂基板、絕緣處理金屬基板等。再者，其等之中，較佳為作為耐熱性優異、導熱性良好之絕緣基板之陶瓷基板。
作為第1端子10、第2端子20、第3端子30、第4端子40及中間電極50之材料，例如可使用銀、銅、鎢、或包含該等金屬之合金等。作為保險絲連結體71之材料，可使用自先前以來用作保險絲材料之各種低熔點金屬。作為低熔點金屬之例，可列舉SnSb合金、BiSnPb合金、BiPbSn合金、BiPb合金、BiSn合金、SnPb合金、SnAg合金、PbIn合金、ZnAl合金、InSn合金、PbAgSn合金等。作為導電性連接材料72，例如可使用焊接材料。
作為發熱體45之材料，例如可使用高電阻導電性材料。作為高電阻導電性材料，可使用鎳鉻合金、W、Mo、Ru等或包含該等金屬之材料。作為絕緣層46之材料，例如可使用玻璃。
於保護元件1a中，當放電時流通有過電流時，保險絲連結體71之第3保險絲組件35發熱而熔斷，藉此使電流路徑切斷。又，當充電時流通有過電流時，保險絲連結體71之第1保險絲組件15發熱而熔斷，藉此使電流路徑切斷。進而，於產生過電流以外之異常時，對第4端子供給電流，發熱體45發熱。發熱體45之熱傳輸至第2端子20之第2背面電極21b，然後該熱經由第2通孔22與第2正面電極21a而傳輸至中間電極50，藉此第1保險絲組件15與第3保險絲組件35熔斷。
保護元件1a中，保險絲連結體71之第3端子30與中間電極50之間之距離L 3較第1端子10與中間電極50之間之距離L 1長，故第3保險絲組件35之電阻高於第1保險絲組件15之電阻。因此，保護元件1a能夠確保放電時之安全性，且於充電時能夠快速充電。
圖6係表示本發明之第1實施方式之保護元件之另一例的俯視圖。 圖6所示之保護元件1b與上述保護元件1a於以下方面不同，於其他方面共通。因此，對保護元件1b與保護元件1a中共通之部分標註相同之符號而省略說明。 (1)連接第1端子10與中間電極50之第1保險絲組件15、和連接第3端子30與中間電極50之第3保險絲組件35分離。 (2)中間電極50配置於第1端子10與第3端子30之中間位置。 (3)第3保險絲組件35之寬度W 3較第1保險絲組件15之寬度W 1窄。
保護元件1b中，第3保險絲組件35之寬度W 3較第1保險絲組件15之寬度W 1窄，由此第3保險絲組件35之電阻高於第1保險絲組件15之電阻。因此，保護元件1b與保護元件1a同樣地，能夠確保放電時之安全性，且於充電時能夠快速充電。
圖7係表示本發明之第1實施方式之保護元件之又一例的俯視圖。 圖7所示之保護元件1c與上述保護元件1a於以下方面不同，於其他方面共通。因此，對保護元件1c與保護元件1a中共通之部分標註相同之符號而省略說明。 (1)連接第1端子10與中間電極50之第1保險絲組件15、和連接第3端子30與中間電極50之第3保險絲組件35分離。 (2)中間電極50配置於第1端子10與第3端子30之中間位置。 (3)第1保險絲組件15及第3保險絲組件35分別由保險絲組件片73形成，第1保險絲組件15由複數個(圖7中為3個)保險絲組件片73構成，與此相對，第3保險絲組件35由1個保險絲組件片73構成。
保護元件1c中，構成第3保險絲組件35之保險絲組件片73之數量少於構成第1保險絲組件15之保險絲組件片73之數量，由此使第3保險絲組件35之電阻高於第1保險絲組件15之電阻。因此，保護元件1c與保護元件1a同樣地，能夠確保放電時之安全性，且於充電時能夠快速充電。再者，圖7中，構成第1保險絲組件15之保險絲組件片73之數量雖為3個，但保險絲組件片73之數量並未特別限制。保險絲組件片73之數量只要為2個以上之複數個即可，例如處於2～20個之範圍內。
圖8係表示本發明之第1實施方式之保護元件之又一例的俯視圖。 圖8所示之保護元件1d與上述保護元件1a於以下方面不同，於其他方面共通。因此，對保護元件1d與保護元件1a中共通之部分標註相同之符號而省略說明。 (1)中間電極50配置於第1端子10與第3端子30之中間位置。 (2)保險絲連結體71中之連接第3端子30與中間電極50之第3保險絲組件35之寬度W 3較連接第1端子10與中間電極50之第1保險絲組件15之寬度W 1窄。
保護元件1d中，第3保險絲組件35之寬度W 3較第1保險絲組件15之寬度W 1窄，由此第3保險絲組件35之電阻高於第1保險絲組件15之電阻。因此，保護元件1d與保護元件1a同樣地，能夠確保放電時之安全性，且於充電時能夠快速充電。
圖9係表示本發明之第1實施方式之保護元件之又一例的俯視圖。 圖9所示之保護元件1e與上述保護元件1a於以下方面不同，於其他方面共通。因此，對保護元件1e與保護元件1a中共通之部分標註相同之符號而省略說明。 (1)第1保險絲組件15與第3保險絲組件35分離。 (2)中間電極50配置於第1端子10與第3端子30之中間位置。 (3)將第3保險絲組件35設為利用印刷法形成之細線狀之圖案保險絲組件。
保護元件1e中，將第3保險絲組件35設為利用印刷法形成之細線狀之圖案保險絲組件，由此第3保險絲組件35之電阻高於第1保險絲組件15之電阻。因此，保護元件1e與保護元件1a同樣地，能夠確保放電時之安全性，且於充電時能夠快速充電。
圖10係具備本發明之第2實施方式之保護元件的電子機器之電源部之電路圖。 圖10所示之保護元件2於以下方面與第1實施方式之保護元件1不同，即，配置成第1端子10與第2端子20對向，第3端子30與第4端子40對向；及第2端子20與中間電極50經由第2保險絲組件25而連接；於其他方面共通。因此，對保護元件2與保護元件1中共通之部分標註相同之符號而省略說明。
保護元件2中，連接第1端子10與第2端子20之保險絲組件為第1保險絲組件15及第2保險絲組件25。將第1保險絲組件15與第2保險絲組件25以串聯方式連接時之額定電流值較佳為10 A以上，更佳為處於15 A以上30 A以下之範圍內。又，將第1保險絲組件15與第2保險絲組件25以串聯方式連接時之電阻值較佳為1.0 mΩ以下，更佳為處於0.15 mΩ以上0.6 mΩ以下之範圍內。
保護元件2中，第3保險絲組件35之電阻設定為高於第2保險絲組件25之電阻。因此，可使放電時之額定電流值相對低於充電時之額定電流值，故可確保放電時之安全性。另一方面，可使充電時之額定電流值相對高於放電時之額定電流值，故於充電時能以較放電時相對較高之電流值對電源60充電，從而能夠快速充電。
圖11係表示本發明之第2實施方式之保護元件之一例的俯視圖。 圖11所示之保護元件2a中，第1保險絲組件15與第2保險絲組件25設為寬度較大之帶狀之保險絲連結體71，帶狀之第3保險絲組件35之寬度較保險絲連結體71窄。
保護元件2a中，連接第1端子10與中間電極50之第1保險絲組件15共通，但第3保險絲組件35之寬度較第2保險絲組件25之寬度窄，由此第3保險絲組件35之電阻高於第2保險絲組件25之電阻。因此，保護元件2a與保護元件1a同樣地，能夠確保放電時之安全性，且於充電時能夠快速充電。
圖12係表示本發明之第2實施方式之保護元件之另一例的俯視圖。 圖12所示之保護元件2b中，將第3保險絲組件35設為利用印刷法形成之細線狀之圖案保險絲組件，該方面共通。
保護元件2b中，第3保險絲組件35設為利用印刷法形成之細線狀之圖案保險絲組件，由此第3保險絲組件35之電阻高於第2保險絲組件25之電阻。因此，保護元件2b與保護元件2a同樣地，能夠確保放電時之安全性，且於充電時能夠快速充電。
以上，對本發明之實施方式進行了詳細敍述，但本發明並不限定於上述實施方式，於申請專利範圍內記載之本發明之主旨之範圍內，能夠進行各種變化、變更。
例如，於第2實施方式之保護元件2中，亦可設為如下構成：將第1端子10與中間電極50直接連接，且具有連接第2端子20與中間電極50之第2保險絲組件25、及連接第3端子30與中間電極50之第3保險絲組件35，第3保險絲組件35之電阻較第2保險絲組件25高。該構成之保護元件中，較佳為由控制裝置62控制開關61，以便於發熱體45發熱而使第2保險絲組件25與第3保險絲組件35熔斷時，可停止對發熱體45通電。
1,1a,1b,1c,1d,1e,2,2a,2b:保護元件 10:第1端子 11a:第1正面電極 11b:第1背面電極 12:第1通孔 15:第1保險絲組件 20:第2端子 21a:第2正面電極 21b:第2背面電極 22:第2通孔 25:第2保險絲組件 30:第3端子 31a:第3正面電極 31b:第3背面電極 32:第3通孔 35:第3保險絲組件 40:第4端子 41a:第4正面電極 41b:第4背面電極 42:第4通孔 45:發熱體 46:絕緣層 50:中間電極 60:電源 61:開關 62:控制裝置 70:基板 70a:基板正面 70b:基板背面 71:保險絲連結體 72:導電性連接材料 73:保險絲組件片 L 1:距離 L 3:距離 W 1:寬度 W 3:寬度
圖1係具備本發明之第1實施方式之保護元件的電子機器之電源部之電路圖。 圖2係表示本發明之第1實施方式之保護元件之一例的俯視圖。 圖3係圖2所示之保護元件之仰視圖。 圖4係圖2所示之保護元件之IV-IV線剖視圖。 圖5係圖2所示之保護元件之V-V線剖視圖。 圖6係表示本發明之第1實施方式之保護元件之另一例的俯視圖。 圖7係表示本發明之第1實施方式之保護元件之又一例的俯視圖。 圖8係表示本發明之第1實施方式之保護元件之又一例的俯視圖。 圖9係表示本發明之第1實施方式之保護元件之又一例的俯視圖。 圖10係具備本發明之第2實施方式之保護元件的電子機器之電源部之電路圖。 圖11係表示本發明之第2實施方式之保護元件之一例的俯視圖。 圖12係表示本發明之第2實施方式之保護元件之另一例的俯視圖。
1:保護元件
10:第1端子
15:第1保險絲組件
20:第2端子
30:第3端子
35:第3保險絲組件
40:第4端子
45:發熱體
50:中間電極
60:電源
61:開關
62:控制裝置

Claims (8)

  1. 一種保護元件，其具備： 第1端子；以及 第2端子及第3端子，其等分別連接於上述第1端子；且 連接上述第1端子與上述第3端子之保險絲組件之至少一部分的電阻較連接上述第1端子與上述第2端子之保險絲組件高。
  2. 如請求項1之保護元件，其進而具備中間電極，並具有： 第1保險絲組件，其將上述第1端子與上述中間電極連接； 第2保險絲組件，其將上述第2端子與上述中間電極連接；及 第3保險絲組件，其將上述第3端子與上述中間電極連接；且 上述第3保險絲組件之電阻較上述第2保險絲組件高。
  3. 如請求項1之保護元件，其進而具備中間電極， 上述第2端子與上述中間電極直接連接，且該保護元件具有： 第1保險絲組件，其將上述第1端子與上述中間電極連接；及 第3保險絲組件，其將上述第3端子與上述中間電極連接；且 上述第3保險絲組件之電阻較上述第1保險絲組件高。
  4. 如請求項2或3之保護元件，其進而具備第4端子，上述第4端子經由發熱體而與上述中間電極連接。
  5. 如請求項1至4中任一項之保護元件，其中上述第1端子與能夠充放電之電源連接， 上述第2端子與充電線連接， 上述第3端子與放電線連接。
  6. 一種電子機器，其具備： 電源；及 如請求項1至5中任一項之保護元件，其連接於上述電源。
  7. 如請求項6之電子機器，其具備： 控制裝置，其檢測上述電源之電壓；及 開關，其基於上述檢測出之電壓，於上述電源發生過量充電之情形時作動。
  8. 如請求項6或7之電子機器，其中上述電源為鋰離子二次電池或電容器。
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