TWI648933B - 保護電路、電池電路、保護元件以及保護元件的驅動方法 - Google Patents

Abstract

本發明提供一種可不使用場效電晶體等開關元件而使用的保護電路。本發明的保護電路具有：保護部10，其具備連接於外部電路2A、2B的第1可熔導體15、及與第1可熔導體連接的第1發熱體12，且藉由第1發熱體發熱，第1可熔導體熔斷而阻斷外部電路；短路部20，其具備與檢測是否需要阻斷外部電路的檢測電路3連接的第2發熱體22、藉由第2發熱體發熱而熔融的第2可熔導體、及與第1發熱體連接的開關21，且藉由斷開該開關而限制對第1發熱體的供電，藉由利用第2可熔導體的熔融導體使開關短路而向第1發熱體供給電力。

Description

保護電路、電池電路、保護元件以及保護元件的驅 動方法

本發明是有關於一種阻斷電流路徑的保護元件，尤其是有關於一種用於鋰離子電池等緊急時需要迅速阻斷電流路徑的電路較佳的保護電路、電池電路、保護元件、及保護元件的驅動方法。

可充電而重複利用的二次電池中多數是被加工為電池組而向使用者提供。尤其是在重量能量密度高的鋰離子二次電池中，為了確保使用者及電子機器的安全，通常將過充電保護、過放電保護等多個保護電路內置於電池組中，而具有在規定情形時阻斷電池組的輸出的功能。

在此種保護電路中，藉由使用內置於電池組中的場效電晶體(field effect transistor，FET)開關進行輸出的接通/斷開(ON/OFF)，來進行電池組的過充電保護或過放電保護動作。然而，於因某種原因場效電晶體開關短路破壞的情形、施加雷電突波等而流過瞬時大電流的情形、或者因電池單元的壽命而輸出電 壓異常降低、或相反地輸出過大異常電壓的情形時，均必須保護電池組或電子機器免受起火等事故損害。因此，為了在此種可想到的任何異常狀態下安全地阻斷電池單元的輸出，而使用具有藉由來自外部的信號阻斷電流路徑的功能的含有熔線元件的保護元件。

作為此種用於鋰離子二次電池等的保護電路的保護元件，通常使用保護元件內部具有發熱體、藉由該發熱體熔斷電流路徑上的可熔導體的構造。

作為本發明的相關技術，圖10表示保護元件90。保護元件90具備絕緣基板51、積層於絕緣基板51且由玻璃等絕緣構件92覆蓋的發熱體93、形成於絕緣基板51的兩端的一對電極94及電極94、以與發熱體93重疊的方式積層於絕緣構件92上的發熱體引出電極95、及兩端分別與一對電極94及電極94連接且中央部與發熱體引出電極95連接的可熔導體96。

發熱體引出電極95的一端經由第1發熱體電極57而與發熱體93連接。又，發熱體93的另一端與第2發熱體電極58連接。再者，保護元件90為了防止可熔導體96的氧化，而於可熔導體96上的大致整個面塗佈有助焊劑91。又，保護元件90為了保護內部，亦可於絕緣基板51上載置蓋構件。

如圖11所示，藉由將此種保護元件90連接於鋰離子二次電池等用的電池電路60，一對電極94及電極94以及可熔導體96構成該電池電路60的充放電電流電路的一部分。又，保護元件 90中第2發熱體電極58與場效電晶體61等電流控制元件連接。場效電晶體61根據來自檢測例如鋰離子電池62的異常電壓的檢測電路63的信號而控制電流，以使發熱體93通電。

[現有技術文獻]

[專利文獻]

[專利文獻1]日本專利第4110967號公報

[專利文獻2]日本專利特開2006-109596號公報

於此種保護元件90、及電池電路60中，除了保護元件90以外，以向發熱體93供給電力的方式控制電流的場效電晶體61等開關元件是必要的，除了導致構成電池電路60的零件件數的增加、或組裝工作量的增加以外，於製造成本方面亦變得不利。

因此，本發明的目的在於提供一種除了保護元件以外不使用場效電晶體等開關元件而可使用的保護電路、電池電路、保護元件、及保護元件的驅動方法。

為了解決所述課題，本發明的保護電路具有：保護部，其具備連接於外部電路的第1可熔導體、及與所述第1可熔導體連接的第1發熱體，且藉由所述第1發熱體發熱，所述第1可熔導體熔斷而阻斷所述外部電路；短路部，其具備與檢測是否需要阻斷所述外部電路的檢測電路連接的第2發熱體、藉由所述第2 發熱體發熱而熔融的第2可熔導體、及與所述第1發熱體連接的開關，且藉由斷開所述開關而限制對所述第1發熱體的供電，藉由利用所述第2可熔導體的熔融導體使所述開關短路而向所述第1發熱體供給電力。

又，本發明的電池電路具有電池堆(battery stack)、檢測所述電池堆的異常電壓的檢測電路、及設置於所述電池堆的充放電電路上且根據所述檢測電路的檢測結果而阻斷所述充放電電路的保護元件，所述保護元件具有：保護部，其具備連接於所述充放電電路的第1可熔導體、及與所述第1可熔導體連接的第1發熱體，且藉由所述第1發熱體發熱，所述第1可熔導體熔斷而阻斷所述充放電電路；短路部，其具備與所述檢測電路連接的第2發熱體、藉由所述第2發熱體發熱而熔融的第2可熔導體、及與所述第1發熱體連接的開關，且藉由斷開所述開關而限制對所述第1發熱體的供電，藉由利用所述第2可熔導體的熔融導體使所述開關短路而向所述第1發熱體供給電力。

又，本發明的保護元件具有：絕緣基板；第1發熱體；連接於外部電路的第1電極及第2電極；第1可熔導體，其與所述第1發熱體連接，且跨接搭載於所述第1電極及第2電極間而構成所述外部電路的一部分；第2發熱體；第3電極，其一端與所述第2發熱體的一端連接，另一端與檢測是否需要阻斷所述外部電路的檢測電路連接；第4電極，其與所述第2發熱體的另一端及所述外部電路連接；第1發熱體電極，其與所述第1發熱體 連接；第2可熔導體，其搭載於所述第4電極及所述第1發熱體電極中的一者或兩者，藉由所述第2發熱體的發熱而熔融，從而使所述第4電極及所述第1發熱體電極間短路。

又，本發明的保護元件的驅動方法用以驅動所述保護元件，所述保護元件具有：絕緣基板；第1發熱體；連接於外部電路的第1電極及第2電極；第1可熔導體，其與所述第1發熱體連接，且跨接搭載於所述第1電極及第2電極間而構成所述外部電路的一部分；第2發熱體；第3電極，其一端與所述第2發熱體的一端連接，另一端與檢測是否需要阻斷所述外部電路的檢測電路連接；第4電極，其與所述第2發熱體的另一端及所述外部電路連接；第1發熱體電極，其與所述第1發熱體連接；第2可熔導體，其搭載於所述第4電極及所述第1發熱體電極中的一者或兩者，藉由所述第2發熱體的發熱而熔融，從而使所述第4電極及所述第1發熱體電極間短路；且經由所述第3電極而自所述檢測電路向所述第2發熱體供給電力，藉由所述第2發熱體發熱而使所述第2可熔導體熔融，藉由所述第2可熔導體的熔融導體而使所述第4電極及所述第1發熱體電極短路，從而向所述第1發熱體供給電力，所述第1可熔導體熔斷，而阻斷所述第1電極與所述第2電極之間，從而停止對所述第2發熱體的供電。

藉由本發明，可根據短路部的動作而控制對保護部的第1發熱體的供電。因此，藉由本發明，可不使用場效電晶體等開關 元件而阻斷電流路徑，亦不會導致零件件數的增加、或組裝工作量的增加。

1‧‧‧保護元件

2A、2B‧‧‧外部電路

3‧‧‧檢測電路

4‧‧‧整流元件

10‧‧‧保護部

11‧‧‧絕緣基板

11a‧‧‧表面

11b‧‧‧背面

12‧‧‧第1發熱體

13‧‧‧第1電極

13a‧‧‧第1外部連接電極

14‧‧‧第2電極

14a‧‧‧第2外部連接電極

15‧‧‧第1可熔導體

16‧‧‧絕緣層

17‧‧‧發熱體引出電極

17a‧‧‧表面部

17b‧‧‧背面部

18‧‧‧通孔

20‧‧‧短路部

21‧‧‧開關

22‧‧‧第2發熱體

23‧‧‧第3電極

23a‧‧‧第3外部連接電極

24‧‧‧第4電極

24a‧‧‧第4外部連接電極

25‧‧‧第1發熱體電極

25a‧‧‧表面部(外部連接電極)

25b‧‧‧背面部

26‧‧‧第2可熔導體

27‧‧‧第3可熔導體

28‧‧‧第2發熱體電極

30‧‧‧保護電路

40‧‧‧電池電路

41~43‧‧‧電池單元

45‧‧‧電池堆

50‧‧‧電池組、保護元件

50a‧‧‧正極端子

50b‧‧‧負極端子

51‧‧‧絕緣基板

52‧‧‧絕緣構件、保護構件

53‧‧‧發熱體、絕緣基板

54‧‧‧電極、短路構件

55‧‧‧電極、保護元件

56‧‧‧可熔導體、外部連接電極

57‧‧‧第1發熱體電極

58‧‧‧第2發熱體電極

60‧‧‧電池電路

61‧‧‧助焊劑、場效電晶體

62‧‧‧鋰離子電池

63‧‧‧檢測電路

C‧‧‧發熱中心

圖1A是表示應用本發明的保護元件的平面圖。

圖1B是表示應用本發明的保護元件的仰視圖。

圖2是表示應用本發明的保護電路的電路圖。

圖3A是表示應用本發明的其他保護元件的平面圖。

圖3B是表示應用本發明的其他保護元件的仰視圖。

圖4A是表示應用本發明的其他保護元件的平面圖。

圖4B是表示應用本發明的其他保護元件的仰視圖。

圖5A是表示應用本發明的其他保護元件的平面圖。

圖5B是表示應用本發明的其他保護元件的仰視圖。

圖6是表示應用本發明的其他電池電路的電路圖。

圖7是表示應用本發明的電池電路的電路圖。

圖8是表示應用本發明的其他電池電路的電路圖。

圖9是表示應用本發明的其他保護元件的平面圖。

圖10是表示本發明的相關技術的保護元件的平面圖。

圖11是表示使用本發明的相關技術的保護元件的電池電路的電路圖。

以下，一面參照圖式，一面對應用本發明的保護電路、 電池電路、保護元件以及保護元件的驅動方法進行詳細說明。再者，本發明並不僅限定於以下實施方式，當然可於不脫離本發明的主旨的範圍內進行各種變更。又，圖式為示意性者，存在各尺寸的比率等與現實中者不同的情況。具體的尺寸等應參考以下的說明進行判斷。又，當然，圖式相互間亦包含互相的尺寸的關係或比率不同的部分。

[保護元件]

應用本發明的保護元件1組裝於例如電池電路等由保護元件1阻斷其電流路徑的外部電路中。如圖1A所示，保護元件1在絕緣基板11上由構成外部電路的一部分且阻斷該電路的保護部10、及構成啟動保護部10的開關的短路部20所形成。

[保護部]

保護部10具有：第1發熱體12；連接於外部電路的第1電極13及第2電極14；第1可熔導體15，其與第1發熱體12連接，且跨接搭載於第1電極13及第2電極14間而構成外部電路的一部分。

絕緣基板11使用例如氧化鋁、玻璃陶瓷、富鋁紅柱石(mullite)、氧化鋯(zirconia)等具有絕緣性的構件而形成為大致方形。除此以外，絕緣基板11亦可使用玻璃環氧基板、酚基板(phenol board)等印刷配線基板所使用的材料，但必須注意第1可熔導體15及第2可熔導體26熔斷時的溫度。

第1發熱體12是電阻值相對較高、具有若通電則會發 熱的導電性的構件，包含例如鎢(W)、鉬(Mo)、釕(Ru)等。第1發熱體12是藉由使用網版印刷技術，將使該些的合金或組成物、化合物的粉狀體與樹脂黏合劑等混合並製成膏狀而成者於絕緣基板11的表面11a上進行圖案形成並煅燒等而形成。

第1發熱體12與發熱體引出電極17連接，所述發熱體引出電極17一端與形成於短路部20的第1發熱體電極25連接，另一端與第1可熔導體15連接。第1發熱體12於絕緣基板11的表面11a上由絕緣層16被覆。絕緣層16是為了實現第1發熱體12的保護及絕緣，且將第1發熱體12的熱向第1可熔導體15及發熱體引出電極17高效率地傳導而設置，包含例如玻璃層。再者，保護元件1亦可於絕緣基板11的表面11a與第1發熱體12之間形成絕緣層16，而將第1發熱體12配置於絕緣層16的內部。

於絕緣層16的上表面積層有與第1發熱體12連接的發熱體引出電極17。發熱體引出電極17藉由利用第1發熱體12加熱而可使第1可熔導體15的熔融導體易於凝聚。

圖1A中，於絕緣基板11的左右一對側緣部形成有第1電極13及第2電極14。第1電極13及第2電極14經由安裝用焊料而搭載有第1可熔導體15。又，第1電極13及第2電極14與絕緣基板11的側面臨近，如圖1B所示，經由通孔18而與設置於絕緣基板11的背面11b的第1外部連接電極13a及第2外部連接電極14a連接。此外，第1電極13及第2電極14經由第1外部連接電極13a及第2外部連接電極14a而與安裝保護元件1的設 備的外部電路連接。

該些第1電極13及第2電極14可使用銅(Cu)或銀(Ag)等通常的電極材料而形成。又，較佳為藉由公知的鍍敷處理而於第1電極13及第2電極14的表面上形成鍍鎳/金(鍍Ni/Au)、鍍鎳/鈀(鍍Ni/Pd)、鍍鎳/鈀/金(鍍Ni/Pd/Au)等覆膜。藉此，可防止第1電極13及第2電極14的氧化，確實保持熔融導體。又，於將保護元件1回焊安裝的情形時，藉由連接第1可熔導體15的安裝用焊料或形成第1可熔導體15的外層的低熔點金屬熔融，可防止將第1電極13及第2電極14熔蝕(焊料侵蝕)。

第1可熔導體15可使用藉由第1發熱體12的發熱而迅速熔斷的任意金屬，例如，可較佳地使用以錫(Sn)為主成分的無鉛(Pb)焊料等低熔點金屬。

又，第1可熔導體15亦可將低熔點金屬與高熔點金屬積層而形成。作為低熔點金屬與高熔點金屬的積層構造，例如可列舉藉由高熔點金屬鍍敷被覆低熔點金屬箔的構造。作為低熔點金屬，較佳為使用以Sn為主成分的無Pb焊料等焊料，作為高熔點金屬，較佳為使用Ag、Cu或以Ag、Cu為主成分的合金等。藉由含有高熔點金屬與低熔點金屬，於將保護元件1回焊安裝的情形時，即便回焊溫度超過低熔點金屬的熔融溫度而低熔點金屬熔融，亦可抑制低熔點金屬向外部流出，而可維持第1可熔導體15的形狀。此外，於熔斷時，亦可藉由低熔點金屬熔融而熔蝕(焊料侵蝕)高熔點金屬，藉此能以高熔點金屬的熔點以下的溫度下 迅速熔斷。

再者，為了防止氧化、及提高熔融時的潤濕性，第1可熔導體15亦可設置助焊劑。

第1可熔導體15搭載於與外部電路連接的第1電極13及第2電極14間，並且與積層於絕緣層16上的發熱體引出電極17連接。此外，第1可熔導體15可藉由第1發熱體12的發熱而於第1電極13與第2電極14之間熔斷，藉此阻斷外部電路的電流路徑。

[短路部]

短路部20作為控制對第1發熱體12的供電的開關而發揮功能。短路部20具有：第2發熱體22；第3電極23，其一端與第2發熱體22的一端連接，另一端與檢測是否需要阻斷外部電路的檢測電路3連接；第4電極24，其與第2發熱體22的另一端及外部電路連接；第1發熱體電極25，其與第1發熱體12連接；第2可熔導體26，其搭載於第4電極24及第1發熱體電極25的一者或兩者，藉由第2發熱體22的發熱而熔融，從而使第4電極24及第1發熱體電極25間短路。

第2發熱體22可藉由與所述第1發熱體12相同的材料、及相同的步驟而形成。第2發熱體22一端與第3電極23連接，另一端與第4電極24連接。又，第2發熱體22亦於絕緣基板11的表面11a上由絕緣層16被覆。進而，第2發熱體22亦可配置於形成於絕緣基板11的表面11a上的絕緣層16的內部。

圖1A中，第3電極23及第4電極24形成於絕緣基板11的左右一對側緣部。又，第3電極23及第4電極24與絕緣基板11的側面臨近，如圖1B所示，經由通孔18而與設置於絕緣基板11的背面11b的第3外部連接電極23a及第4外部連接電極24a連接。此外，第3電極23經由第3外部連接電極23a而與檢測是否需要阻斷外部電路的檢測電路3連接。又，第4電極24經由第4外部連接電極24a而與外部電路的電流路徑連接。

於覆蓋第2發熱體22的絕緣層16上積層有第4電極24及第1發熱體電極25。第4電極24與第1發熱體電極25藉由僅隔開規定距離而斷開。又，於第4電極24與第1發熱體電極25的一者或兩者上，經由安裝用焊料而搭載第2可熔導體26，若第2可熔導體26因第2發熱體22的發熱而熔融，則藉由該熔融導體凝聚、結合而可實現短路。

第1發熱體電極25與保護部10的第1發熱體12的一端連接，藉由與第4電極24短路，而形成自第1電極13起，經第1可熔導體15、發熱體引出電極17、第1發熱體12及第1發熱體電極25而至第4電極24的對第1發熱體12的供電路徑。

該些第3電極23及第4電極24以及第1發熱體電極25可使用Cu或Ag等通常的電極材料而形成。又，較佳為藉由公知的鍍敷處理而於第3電極23及第4電極24以及第1發熱體電極25的表面上形成鍍Ni/Au、鍍Ni/Pd、鍍Ni/Pd/Au等覆膜。

此種短路部20於平常時斷開第4電極24與第1發熱體 電極25，限制對第1發熱體12的電力供給。若由檢測電路3檢測出需要阻斷外部電路的事態，則短路部20自檢測電路3向第3電極23供給電流，第2發熱體22發熱，而使第2可熔導體26熔融。藉此，保護元件1中，經由第2可熔導體26的熔融導體，第4電極24與第1發熱體電極25短路，從而向第1發熱體12供給電力。

第2可熔導體26可藉由與所述第1可熔導體15相同的材料、相同的構成而形成。

[其他]

又，保護元件1藉由絕緣基板11的表面11a側由未圖示的蓋構件覆蓋而保護其內部。蓋構件與所述絕緣基板11同樣地使用例如熱塑性塑膠、陶瓷、玻璃環氧基板等具有絕緣性的構件而形成。

[保護電路]

其次，對保護電路30進行說明。如圖2所示，保護電路30中，保護部10的第1電極13及第2電極14經由第1可熔導體15而連接，且第1發熱體12一端經由第1可熔導體15而與第1電極13連接，另一端與第1發熱體電極25連接。又，保護電路30中，短路部20的第3電極23及第4電極24經由第2發熱體22連接。又，保護電路30中，短路部20的第4電極24及第1發熱體電極25構成於初始狀態下斷開、且藉由第2可熔導體26熔融而短路的開關21。藉由將保護電路30串聯連接於安裝保護元件1的電路基板的電流路徑上，保護部10的第1電極13及第2電極14組裝於電源電路或數位信號電路等主要的外部電路2A及外部 電路2B間，而構成該外部電路2A及外部電路2B的電流路徑的一部分。

又，保護電路30經由第3電極23而與檢測是否需要阻斷外部電路2A及外部電路2B間的檢測電路3連接。檢測電路3是檢測是否產生必要將組裝有保護元件1的各種外部電路2A及外部電路2B間阻斷的電路，於例如電池組的異常電壓時的充放電電流電路的阻斷、針對網路通訊機器中的駭侵(hacking)或崩潰(cracking)且與資料伺服器(data server)連接的數位信號電路的阻斷、或者設備或軟體的執照期滿等產生藉由保護部10將外部電路2A及外部電路2B間的電流路徑物理性地、不可逆地阻斷的必要時啟動短路部20。

藉此，經由第3電極23而自檢測電路3供給電力，第2發熱體22發熱，藉此首先使第2可熔導體26熔融。第2可熔導體26的熔融導體被吸引至潤濕性高且面積大的第4電極及第1發熱體電極25上，並且凝聚於第4電極24上的熔融導體與凝聚於第1發熱體電極25上的熔融導體結合。藉此，經由熔融導體，第4電極24與第1發熱體電極25短路，且經由第2可熔導體26的熔融導體，第4電極24與第1發熱體電極25短路，形成自第1電極13起，經過第1可熔導體15、發熱體引出電極17、第1發熱體12、第1發熱體電極25而到達第4電極24的對第1發熱體12的供電路徑。

保護元件1藉由第1發熱體12通電、發熱，第1可熔 導體15熔斷。由於第1可熔導體15的熔融導體凝聚於發熱體引出電極17以及第1電極13及第2電極14上，故而將第1電極13及第2電極14間斷開。藉此，保護元件1將外部電路2A及外部電路2B間的電流路徑物理性地、不可逆地阻斷。

又，由於保護元件1藉由檢測出外部電路2A及外部電路2B間的電流路徑被阻斷的檢測電路3而停止對第2發熱體22的供電，因此使第2發熱體22停止發熱。藉由檢測電路3進行的將外部電路2A及外部電路2B間的電流路徑阻斷的檢測是藉由測定例如外部電路2A及外部電路2B的電壓而進行。又，檢測電路3亦可具備定時器，所述定時器設定有自對第2發熱體22開始供電起至由第1發熱體12引起第1可熔導體15熔斷為止所必須的充分的規定時間，在經過該規定時間後停止對第2發熱體22供電。

由此，藉由保護元件1及保護電路30，而可根據短路部20的動作控制對保護部10的第1發熱體12的供電。因此，藉由保護元件1及保護電路30，可不使用場效電晶體等開關元件而進行電流路徑的阻斷，亦不會導致零件件數的增加、或組裝工作量的增加。

又，藉由保護元件1及保護電路30，由於利用短路部20而不可逆地形成對第1發熱體12的供電路徑，因此可應對開關元件的故障，或亦可應對對於駭侵、崩潰的脆弱性，從而可穩定且確實地阻斷保護部10。

[發熱體]

於所述保護元件1中，於絕緣基板11的表面11a上形成第1發熱體12及第2發熱體22，使第1可熔導體15及第2可熔導體26重疊，但如圖3A、圖3B所示，第1發熱體12及第2發熱體22亦可形成於絕緣基板11的背面11b。於該情形時，第1發熱體12及第2發熱體22於絕緣基板11的背面11b由絕緣層16被覆。

又，與第1發熱體12的一端連接的發熱體引出電極17設置於表面11a，具有與第1可熔導體15連接的表面部17a、及設置於背面11b且與第1發熱體12的一端連接的背面部17b，該些表面部17a與背面部17b經由導電通孔18連接。又，第1發熱體電極25亦具有同樣地形成於絕緣基板11的表面11a且經由第2可熔導體26的熔融導體而與第4電極24短路的表面部25a、及形成於背面11b且與第1發熱體12的一端連接的背面部25b，該些表面部25a與背面部25b經由導電通孔18連接。

又，第3電極23及第4電極24跨接於形成於絕緣基板11的背面11b的第3外部連接電極23a及第4外部連接電極24a間而形成有第2發熱體22。又，較佳為於絕緣基板11的背面11b上，第1發熱體12及第2發熱體22分別形成於和第1可熔導體15及第2可熔導體26重疊的位置。

保護元件1藉由於絕緣基板11的背面11b形成第1發熱體12及第2發熱體22，而使絕緣基板11的表面11a平坦化。藉此，保護元件1可於平坦的表面11a上形成第1電極13、第2電極14、第3電極23、第4電極24、發熱體引出電極17的表面 部17a、及第1發熱體電極25的表面部25a。因此，保護元件1可簡化該些各電極13、電極14、電極23、電極24、電極17、電極25的製造步驟，同時可謀求低背化。

又，保護元件1於在絕緣基板11的背面11b形成第1發熱體12及第2發熱體22的情形時，亦可藉由使用精密陶瓷(fine ceramic)等熱導性優異的材料作為絕緣基板11的材料，而與將第1發熱體12及第2發熱體22積層於絕緣基板11的表面11a上的情形同樣地將第1可熔導體15及第2可熔導體26加熱、熔融。

又，如圖4A、圖4B所示，保護元件1亦可於絕緣基板11的表面11a上，使第1發熱體12及第2發熱體22與第1可熔導體15及第2可熔導體26並列形成。於該情形時，第1發熱體12及第2發熱體22由絕緣層16被覆。於該情形時，與第1發熱體12連接的發熱體引出電極17及第1發熱體電極25以單層形成於絕緣基板11的表面11a上。又，與第2發熱體22連接的第3電極23及第4電極24亦以單層形成於絕緣基板11的表面11a上。

除此以外，保護元件1亦可於絕緣基板11的內部形成第1發熱體12及第2發熱體22。於該情形時，無需設置被覆第1發熱體12及第2發熱體22的絕緣層16。又，較佳為於絕緣基板11的內部，第1發熱體12及第2發熱體22分別形成於和第1可熔導體15及第2可熔導體26重疊的位置。

[第3可熔導體]

又，如圖5A、圖5B、圖6所示，保護元件1、及保護電路30 亦可於往第2發熱體22的供電路徑上設置第3可熔導體27，於開關21短路後、第1可熔導體15熔斷前，藉由第2發熱體22的發熱使第3可熔導體27熔斷。

藉此，保護元件1、及保護電路30可於使開關21短路而形成對第1發熱體12的供電路徑後，藉由使第3可熔導體27熔斷而自動阻斷往第2發熱體22的供電路徑，停止第2發熱體22的發熱。又，藉此，保護元件1、及保護電路30可防止流通於第1發熱體12的電流經由第2發熱體22及第3電極23而流入檢測電路3側。

具體而言，如圖5A、圖5B所示，保護元件1於第4電極24與第2發熱體22的另一端之間設置第2發熱體電極28。第2發熱體電極28與第2發熱體22的另一端連接。於第4電極24與第2發熱體電極28之間搭載藉由第2發熱體22的發熱而熔斷的第3可熔導體27。即，第4電極24經由第3可熔導體27及第2發熱體電極28而與第2發熱體22連接。

第3可熔導體27可藉由與所述第1可熔導體15及第2可熔導體26相同的材料、構成而形成。

該保護元件1中，若第2發熱體22發熱，則首先第2可熔導體26熔融而第4電極24及第1發熱體電極25短路。藉此，形成經過第2電極14、第1可熔導體15、發熱體引出電極17、第1發熱體電極25而到達第4電極24的對第1發熱體12的供電路徑。

然後，藉由第2發熱體22繼續發熱，保護元件1的第3可熔導體27熔斷。藉此，保護元件1中，自第3電極23起，經由第2發熱體22而至第4電極24的對第2發熱體的供電路徑被阻斷，從而可自動停止第2發熱體22的發熱。又，由於保護元件1藉由第3可熔導體27熔斷，而阻斷第4電極24與第2發熱體22及第3電極，因此可防止對第1發熱體12的供電電流經由位於對第1發熱體12的供電路徑上的第4電極24而流入第3電極23側。

[第2可熔導體的先熔融]

此處，保護元件1中，第2可熔導體26是以先於第3可熔導體27的熔斷而熔融的方式形成。其原因在於，若第3可熔導體27先於第2可熔導體26的熔融而熔斷，則對第2發熱體22的供電停止，第2可熔導體26不會熔融，從而無法形成對第1發熱體12的供電路徑。

因此，保護元件1是以若第2發熱體22發熱，則第2可熔導體26先熔融的方式形成。具體而言，保護元件1的第2可熔導體26搭載於較第3可熔導體27更接近第2發熱體22的發熱中心的位置。

此處，所謂第2發熱體22的發熱中心是指因第2發熱體22發熱而顯現的熱分佈中，在發熱初期階段成為最高溫的區域。自第2發熱體22發出的熱中來自絕緣基板11的散熱量最多，於藉由耐熱衝擊性優異但熱導率亦高的陶瓷材料形成絕緣基板11 的情形等時，熱會擴散至絕緣基板11。因此，第2發熱體22於開始通電的發熱初期階段，距與絕緣基板11相接的外緣最遠的中心最熱，隨著靠近與絕緣基板11相接的外緣逐漸散熱，溫度難以提高。

因此，如圖5A所示，保護元件1藉由將第2可熔導體26搭載於以下位置而使熱較第3可熔導體27更早地傳導而熔融，所述位置為較第3可熔導體27更接近於第2發熱體22的發熱初期中成為最高溫的發熱中心C的位置。由於第3可熔導體27遲於第2可熔導體26被加熱，因此於第2可熔導體26熔融後熔斷。

[第3可熔導體的先熔融]

又，保護元件1較佳為以第3可熔導體27先於第1可熔導體15熔斷的方式形成。於保護元件1中，短路部20是用以啟動保護部10的開關，較佳為於形成對第1發熱體12的供電路徑後迅速停止第2發熱體22的發熱。又，保護元件1較佳為於形成對第1發熱體12的供電路徑後，防止對第1發熱體12的供電電流經由位於對第1發熱體12的供電路徑上的第4電極24而流入第3電極23側。

因此，保護元件1是以若第2發熱體22發熱，則第3可熔導體27先熔斷的方式形成。具體而言，保護元件1亦可藉由改變第1可熔導體15與第3可熔導體27的形狀而使第3可熔導體27先於第1可熔導體15熔斷。例如，由於第3可熔導體27厚度越薄熔斷越容易，因此，保護元件1可藉由使第3可熔導體27 的厚度薄於第1可熔導體15的厚度，而使其先於第1可熔導體15熔斷。再者，於第1可熔導體15及第3可熔導體27具有例如以高熔點金屬鍍敷層來被覆低熔點金屬箔的構造的情形時，亦可使高熔點金屬層的厚度於第3可熔導體27中薄，於第1可熔導體15中厚，或者使低熔點金屬箔的厚度於第3可熔導體27中薄，於第1可熔導體15中厚。

又，保護元件1亦可使與第3可熔導體27的電流方向正交的寬度方向窄於與第1可熔導體15的電流方向正交的寬度方向而形成。除此以外，保護元件1亦可利用低熔點金屬形成第3可熔導體27，且利用高熔點金屬形成第1可熔導體15等，藉由改變層構造而對熔點設差，使第3可熔導體27較第1可熔導體15相對容易地熔斷，而使第3可熔導體27先於第1可熔導體15熔斷。

[電池電路]

圖7中作為應用保護電路的外部電路的一例，例示電池電路40的構成。電池電路40例如為鋰離子二次電池的電池組50內的電路，具備包含鋰離子二次電池的3個電池單元41~電池單元43的電池堆45、於電池堆45異常時阻斷充電的應用本發明的保護元件1、及檢測各電池單元41~電池單元43的電壓的檢測電路3。

電池堆45是將需要用於進行保護以免受到過充電狀態及過放電狀態損害的控制的電池單元41~電池單元43串聯連接而成者，其經由電池組50的正極端子50a、負極端子50b而可拆 裝地連接於未圖示的充電裝置上，並施加有來自充電裝置的充電電壓。經充電裝置充電的電池組50藉由將正極端子50a、負極端子50b連接於由電池啟動的電子機器上，而可啟動該電子機器。

例如，將保護元件1的保護部10的第1電極13及第2電極14串聯連接於電池堆45的正極側的充放電電流路徑上，且將短路部20的第3電極23連接於檢測電路3上，將第4電極24連接於電池堆45的負極側的充放電電流路徑上。

檢測電路3與各電池單元41~電池單元43連接，檢測各電池單元41~電池單元43的電壓值。又，檢測電路3與保護元件1的第3電極23連接，於任一個電池單元41~電池單元43成為過充電電壓或過放電電壓時，輸出啟動保護元件1的短路部20的控制信號。

保護元件1中，藉由自檢測電路3輸出的電力，第2發熱體22發熱，第2可熔導體26熔融。藉此，保護元件1中第4電極24與第1發熱體電極25短路，開關21接通，從而形成自第1電極13至第4電極24的對第1發熱體12的供電路徑。保護元件1中藉由第1發熱體12發熱，第1可熔導體15熔斷，從而可阻斷電池堆45的充放電電流路徑。

藉由此種電池電路40，保護元件1的短路部20作為如下開關而發揮功能：於平常時，開關21成為斷開狀態，限制對保護部10的第1發熱體12的供電，若檢測電路3檢測出異常，則根據其輸出而形成對保護部10的第1發熱體12的供電路徑。因 此，電池電路40除保護元件1以外，無需設置啟動保護元件1的場效電晶體等開關元件，不會導致零件件數的增加、或組裝工作量的增加。

[整流元件]

又，如圖8所示，電池電路40亦可於檢測電路3與第2發熱體22之間設置防止電流流入檢測電路3的整流元件4。整流元件4中，電流會自檢測電路3流向保護元件1側，但電流不會自保護元件1流向檢測電路3側。

藉由設置此種整流元件4，電池電路40於形成對第1發熱體12的供電路徑時，可防止對第1發熱體12的供電電流經由第4電極24、第2發熱體22及第3電極23流入檢測電路3。

再者，電池電路40如上所述般於保護元件1的第4電極24與第2發熱體22之間設置第3可熔導體27，於形成對第1發熱體12的供電路徑後，即便將該第3可熔導體27熔斷，亦可防止對第1發熱體12的供電電流流入檢測電路3。

再者，本發明的保護元件1並不限於用於鋰離子二次電池的電池組的情形，當然亦可應用於需要利用電信號阻斷電流路徑的各種用途。

[2晶片化]

再者，於所述保護元件1中，是於絕緣基板11上形成保護部10與短路部20，藉由1晶片化而形成，但本發明的保護元件亦可藉由將保護部10與短路部20分別設置並連接的2晶片化而形成。 即，如圖9所示，亦可藉由具有在絕緣基板51上形成有保護部10的保護構件52、及於絕緣基板53上形成有短路部20的短路構件54，並將該些保護構件52與短路構件54連接，從而形成保護元件55。

於保護構件52中形成有與第1發熱體12連接的外部連接電極56。又，於短路構件54中，於第1發熱體電極25上亦形成有外部連接電極25a。此外，保護元件55藉由連接外部連接電極56及外部連接電極25a，而將第1發熱體電極25與第1發熱體12連接。該些外部連接電極56及外部連接電極25a的連接例如可藉由於安裝保護元件55的外部電路的電路基板上安裝保護構件52與短路構件54而進行。

Claims (18)

1. 一種保護電路，其具有：保護部，具備連接於外部電路的第1可熔導體、及與所述第1可熔導體連接的第1發熱體，且藉由所述第1發熱體發熱，所述第1可熔導體熔斷而阻斷所述外部電路；短路部，具備與檢測是否需要阻斷所述外部電路的檢測電路連接的第2發熱體、藉由所述第2發熱體發熱而熔融的第2可熔導體、及與所述第1發熱體連接的開關，且藉由斷開所述開關而限制對所述第1發熱體的供電，藉由利用所述第2可熔導體的熔融導體使所述開關短路而向所述第1發熱體供給電力。
2. 如申請專利範圍第1項所述的保護電路，其於往所述第2發熱體的供電路徑上設置第3可熔導體，且於所述開關短路後、所述第1可熔導體熔斷前，藉由所述第2發熱體的發熱，所述第3可熔導體熔斷。
3. 一種電池電路，其具有電池堆、檢測所述電池堆的異常電壓的檢測電路、設置於所述電池堆的充放電電路上且根據所述檢測電路的檢測結果而阻斷所述充放電電路的保護元件，且所述保護元件具有：保護部，具備連接於所述充放電電路的第1可熔導體、及與所述第1可熔導體連接的第1發熱體，且藉由所述第1發熱體發熱，所述第1可熔導體熔斷而阻斷所述充放電電路；短路部，具備與所述檢測電路連接的第2發熱體、藉由所述 第2發熱體發熱而熔融的第2可熔導體、及與所述第1發熱體連接的開關，且藉由斷開所述開關而限制對所述第1發熱體的供電，藉由利用所述第2可熔導體的熔融導體使所述開關短路而向所述第1發熱體供給電力。
4. 如申請專利範圍第3項所述的電池電路，其於所述檢測電路與所述第2發熱體之間設置有防止電流流入所述檢測電路的整流元件。
5. 如申請專利範圍第3項所述的電池電路，其於對所述第2發熱體的供電路徑上設置第3可熔導體，且於所述開關短路後、所述第1可熔導體熔斷前，藉由所述第2發熱體的發熱，所述第3可熔導體熔斷。
6. 一種保護元件，其具有：絕緣基板；第1發熱體；第1電極及第2電極，連接於外部電路；第1可熔導體，與所述第1發熱體連接，且跨接搭載於所述第1電極及第2電極間而構成所述外部電路的一部分；第2發熱體；第3電極，一端與所述第2發熱體的一端連接，另一端與檢測是否需要阻斷所述外部電路的檢測電路連接；第4電極，與所述第2發熱體的另一端及所述外部電路連接；第1發熱體電極，與所述第1發熱體連接； 第2可熔導體，搭載於所述第4電極及所述第1發熱體電極中的一者或兩者，藉由所述第2發熱體的發熱而熔融，從而使所述第4電極及所述第1發熱體電極間短路。
7. 如申請專利範圍第6項所述的保護元件，其中所述第1發熱體及第2發熱體形成於所述絕緣基板的表面，且所述第1發熱體經由絕緣構件而與所述第1可熔導體重疊，所述第2發熱體經由絕緣構件而與所述第2可熔導體重疊。
8. 如申請專利範圍第6項所述的保護元件，其中所述第1發熱體及第2發熱體形成於所述絕緣基板的背面。
9. 如申請專利範圍第6項所述的保護元件，其中所述第1發熱體及第2發熱體形成於所述絕緣基板的表面，且所述第1發熱體與所述第1可熔導體鄰接而形成，所述第2發熱體與所述第2可熔導體鄰接而形成。
10. 如申請專利範圍第6項所述的保護元件，其於所述第4電極與所述第2發熱體的另一端之間設置第2發熱體電極，且所述第2發熱體電極與所述第2發熱體的另一端連接，於所述第4電極與所述第2發熱體電極之間搭載藉由所述第2發熱體的發熱而熔斷的第3可熔導體，若所述第2發熱體發熱，則所述第2可熔導體熔融而所述第4電極及所述第1發熱體電極短路，其後，所述第3可熔導體熔斷，從而停止所述第2發熱體的發熱。
11. 如申請專利範圍第10項所述的保護元件，其中所述第2 可熔導體設置於較所述第3可熔導體更接近所述第2發熱體的發熱中心的位置。
12. 如申請專利範圍第10項或第11項所述的保護元件，其中所述第3可熔導體以薄於所述第1可熔導體的厚度形成。
13. 如申請專利範圍第10項或第11項所述的保護元件，其中所述第3可熔導體以與電流方向正交的寬度方向窄於所述第1可熔導體的與電流方向正交的寬度方向而形成。
14. 如申請專利範圍第6項至第11項中任一項所述的保護元件，其具有：形成有保護部的保護構件，所述保護部具有所述第1發熱體、所述第1電極及第2電極、所述第1可熔導體、及與所述第1發熱體連接的外部連接電極；形成有短路部的短路構件，所述短路部具有所述第2發熱體、所述第3電極及第4電極、所述第1發熱體電極、及所述第2可熔導體，且所述保護元件是將所述保護構件與所述短路構件連接而成。
15. 一種保護元件的驅動方法，用以驅動所述保護元件，其中所述保護元件具有：絕緣基板；第1發熱體；第1電極及第2電極，連接於外部電路；第1可熔導體，與所述第1發熱體連接，且跨接搭載於所述第1電極及第2電極間而構成所述外部電路的一部分； 第2發熱體；第3電極，一端與所述第2發熱體的一端連接，另一端與檢測是否需要阻斷所述外部電路的檢測電路連接；第4電極，與所述第2發熱體的另一端及所述外部電路連接；第1發熱體電極，與所述第1發熱體連接；第2可熔導體，搭載於所述第4電極及所述第1發熱體電極的一者或兩者，藉由所述第2發熱體的發熱而熔融，從而使所述第4電極及所述第1發熱體電極間短路；且所述驅動方法包括如下步驟：經由所述第3電極而自所述檢測電路向所述第2發熱體供給電力，藉由所述第2發熱體發熱而使所述第2可熔導體熔融，藉由所述第2可熔導體的熔融導體而使所述第4電極及所述第1發熱體電極短路，向所述第1發熱體供給電力，所述第1可熔導體熔斷，而阻斷所述第1電極與所述第2電極之間，停止對所述第2發熱體的供電。
16. 如申請專利範圍第15項所述的保護元件的驅動方法，其中所述保護元件於所述第4電極與所述第2發熱體的另一端之間設置第2發熱體電極，所述第2發熱體電極與所述第2發熱體的另一端連接，於所述第4電極與所述第2發熱體電極之間搭載藉由所述第2 發熱體的發熱而熔斷的第3可熔導體，若所述第2發熱體發熱，則所述第2可熔導體熔融而所述第4電極及所述第1發熱體電極短路，其後，所述第3可熔導體熔斷，從而停止對所述第2發熱體的供電。
17. 如申請專利範圍第15項所述的保護元件的驅動方法，其藉由利用所述檢測電路檢測所述第1可熔導體的熔斷，而停止對所述第2發熱體的供電。
18. 如申請專利範圍第15項所述的保護元件的驅動方法，其藉由所述檢測電路，測定對所述第2發熱體的供電時間，自對所述第2發熱體的供電開始起經過規定時間後，停止對所述第2發熱體的供電。