TWI666840B - Protection element, protection circuit and battery circuit - Google Patents
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Abstract
在充放電路徑之阻斷後，使電池堆之殘留電力安全地消耗。
其具備：絕緣基板21；發熱體15；第1、第2電極11,12，積層於絕緣基板21，與外部電路連接；以及可熔導體22，積層於第1、第2電極11,12以及設於第1、第2電極11,12間且與發熱體15連接之發熱體引出電極18，藉由加熱而阻斷第1電極11與第2電極12間之電流路徑；在第1電極11與發熱體引出電極18之間負荷電阻16與可熔導體22並聯，且負荷電阻16串聯於外部電路及發熱體15。
Description
本發明係關於阻斷電流路徑之保護元件及保護電路，尤其是鋰離子二次電池等必須在緊急時迅速阻斷電流路徑之電池電路、非常合適用於電池電路之保護元件及保護電路。本申請係以在日本於2014年4月7日提申之日本專利申請號特願2014-078956為基礎主張優先權者，參照此申請援用於本申請中。
可充電且反覆利用之二次電池之多數係加工為電池組以提供給使用者。尤其於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、過放電保護等數個保護電路內置於電池組，具有於特定之情形時阻斷電池組之輸出之功能。
此種保護元件中，有藉由使用內置於電池組之FET開關進行輸出之導通/斷開(ON/OFF)，而進行電池組之過充電保護或過放電保護動作者。然而，即便於因某些原因而使FET開關短路破壞之情形時，於施加雷電突波(lightning surge)等而流通瞬間性大電流之情形時，或於因電池單元之壽命而使輸出電壓異常降低，或者相反地輸出過大異常電壓之情形時，亦必須保護電池組或電子機器免受起火等事故。因此，為了於如此之可假定之任何異常狀態下，均可安全地阻斷電池單元之輸出，而使用一種保護元件，其具有根據來自外部之訊號而阻斷電流路徑之功能的保險絲元
件所構成。
作為針對此種鋰離子二次電池等之保護電路之保護元件，一般使用於保護元件內部具有發熱體且藉由此發熱體熔斷電流路徑上之保險絲的構造。
作為本發明之關連技術，於圖12顯示電池電路60。電池電路60係例如被組裝至鋰離子二次電池之電池組之電池電路，具備：具備鋰離子二次電池之電池單元62之電池堆64、在電池堆64之異常時阻斷充電之保護元件50、檢測電池堆64之電壓之檢測元件63、以及根據檢測電路63之檢測結果控制保護元件50之動作之開關元件61。
保護元件50具有串聯於電池堆64之充放電路徑上且構成該充放電路徑之一部分之保險絲56、以及藉由從與開關元件61連接之電池堆64被供應電力而發熱以使保險絲56熔斷之發熱體53。保護元件50藉由開關元件61控制對發熱體53之供電。
檢測元件63監控電池堆64之電壓，在成為過充電電壓或過放電電壓時輸出控制開關元件61之控制訊號。
開關元件61例如由FET構成，藉由從檢測元件63輸出之檢測訊號，於電池堆64之電壓值成為超過既定之過放電或過充電之電壓時，使保護元件50動作以以阻斷電池堆64之充放電路徑之方式進行控制。
由上述電路構成所構成之電池電路60，在檢測元件63檢測出電池堆64之異常電壓後，即對開關元件61輸出檢測訊號。接收了檢測訊號之開關元件61，以從電池堆64對保護元件50之發熱體53供電之方式控制電流。藉此，電池電路60藉由發熱體53發熱而使保險絲56熔斷，能阻
斷充放電路徑。
[專利文獻1]日本特開2005-243652號公報
[專利文獻2]日本特開2006-221919號公報
[專利文獻3]日本特開2009-267293號公報
然而，電池電路60在藉由偵測電池堆64之過充電電壓而使保險絲56熔斷以將電池堆64從充放電路徑阻斷後，由於係以能量高密度充填於電池堆64之狀態下被放置，因此透過某些方法使之放電在安全對策上較佳。
此處，做為電池電路，亦假定了一種如圖13所示之電路，即將保險絲56僅設於外部連接端子側，在保護元件50作動而熔斷保險絲56後亦維持連接電池堆64與發熱體53之狀態，藉此使用發熱體53使電池堆64內之電力消耗的電路。
然而，圖13所示之電池電路，由於使保險絲56熔斷之程度之發熱持續，因此安全性差。
又，亦假定了一種如圖14所示之電路，即將使電池堆64之電力消耗之消耗電阻70及控制對消耗電阻70之通電之FET71與電池堆64並聯的電路。
然而，圖14所示之電池電路，係設置控制對消耗電阻70之通電之FET71，而必須在藉由保護元件50阻斷電池堆64後使FET71作動。
是以，亦有在FET71故障時，無法由消耗電阻70消耗電力的風險。
又，圖14所示之電池電路，無法避免FET71之洩漏電流，電池堆64之電力因消耗電阻70而被徐徐地消耗，導致待機電力增加。進而，亦有FET71或其保護零件等零件件數增加，構裝空間亦擴張的問題。
因此，本發明之目的在於，提供在充放電路徑之阻斷後使電池堆之殘留電力安全地消耗之保護元件、保護電路及電池電路。
為了解決上述之課題，本發明之保護元件，其具備：絕緣基板；發熱體；第1、第2電極，積層於上述絕緣基板，與外部電路連接；以及可熔導體，積層於上述第1、第2電極及設於上述第1、第2電極間且與上述發熱體連接之發熱體引出電極，藉由加熱而阻斷上述第1電極與上述第2電極間之電流路徑；在上述第1電極與上述發熱體引出電極之間負荷電阻與上述可熔導體並聯，且上述負荷電阻串聯於上述外部電路及上述發熱體。
又，本發明之保護電路，其具備：第1、第2電極，連接於外部電路；第1、第2保險絲，串聯設於跨上述第1、第2電極間之電流路徑上；以及發熱體，設於設在上述第1、第2保險絲間之發熱體引出電極與連接於上述外部電路開放端之發熱體電極之間，熔斷上述第1、第2保險絲；在上述第1電極與上述發熱體引出電極之間負荷電阻與上述第1保險絲並聯，且上述負荷電阻在上述第1電極與上述發熱體電極之間串聯於上述發熱體。
又，本發明之電池電路，其具有：電池堆；第1、第2保險
絲，串聯於上述電池堆之充放電路徑；發熱體，藉由發熱使上述第1、第2保險絲熔斷以阻斷上述充放電路徑；負荷電阻，與上述電池堆及上述發熱體串聯，且與上述第1保險絲並聯；以及電流控制元件，與上述發熱體串聯，且與上述電池堆並連，使上述發熱體通電以阻斷上述電池堆。
根據本發明，藉由連接於電池電路，可阻斷電池之充放電路徑且形成使殘留於電池堆之電力消耗之電池消耗路徑，能避免能量滯留於電池堆之狀態被放置的危險。此時，電池消耗路徑由於電池堆之電流流經串聯之發熱體及負荷電阻，因此電池堆之電力，與僅經由發熱體而被消耗的情況相較，被發熱體及負荷電阻之各個消耗的電力下降，能抑制各發熱量。是以，根據本發明，能以低溫且安全地使電池堆之電力消耗。
1‧‧‧電池電路
2‧‧‧電池堆
2a‧‧‧電池單元
3‧‧‧保護電路
4‧‧‧電流控制元件
5‧‧‧檢測元件
10‧‧‧電池組
11‧‧‧第1電極
11a‧‧‧外部連接端子
12‧‧‧第2電極
12a‧‧‧外部連接端子
13‧‧‧第1保險絲
14‧‧‧第2保險絲
15‧‧‧發熱體
16‧‧‧負荷電阻
16a‧‧‧晶片電阻
18‧‧‧發熱體引出電極
18a‧‧‧外部連接端子
19‧‧‧發熱體電極
20‧‧‧保護元件
21‧‧‧絕緣基板
21a‧‧‧表面
21b‧‧‧背面
22‧‧‧可熔導體
25‧‧‧絕緣構件
圖1係表示適用本發明之電池電路之電路圖。
圖2係表示在通常之充放電動作時之電池電路之電路圖。
圖3係表示在保險絲熔斷時形成有電池消耗路徑之電池電路之電路圖。
圖4係表示將消耗電阻設於保護元件外部之電池電路之電路圖。
圖5係表示保護元件之俯視圖。
圖6係表示保護元件之剖面圖。
圖7係表示可熔導體熔融後之保護元件之俯視圖。
圖8係表示將負荷電阻形成為較發熱體細之保護元件之俯視圖。
圖9係表示將負荷電阻直接連接於第1電極與發熱體引出電極間之保護元件之俯視圖。
圖10係表示將負荷電阻形成於絕緣基板背面之保護元件之圖，(A)係俯視圖，(B)係剖面圖。
圖11係表示將負荷電阻外部連接之保護元件之俯視圖。
圖12係表示在通常之充放電動作時之習知電池電路之電路圖。
圖13係表示在保險絲熔斷時形成有電池消耗路徑之習知電池電路之電路圖。
圖14係表示將電池消耗路徑與電池單元並聯之電池電路之電路圖。
以下，一面參照圖式，一面對適用本發明之保護元件、保護電路及電池電路進行詳細說明。再者，本發明當然並非僅限定於以下之實施形態，可於不脫離本發明之主旨之範圍內進行各種變更。又，圖式係示意性之圖式，各尺寸之比率等有時與實物不同。具體尺寸等應參考以下之說明而判斷。又，當然包含即便於圖式彼此間相互之尺寸之關係或比率亦不同之部分。
如圖1所示，適用本發明之電池電路1，係例如被組裝至鋰離子二次電池之電池組10內之電路而使用，電池電路1具有：電池堆2、在電池堆2之異常電壓時阻斷充放電路徑之保護電路3、以及控制流動於保護電路3之電流之電流控制元件4。
電池堆2具有一或複數個鋰離子二次電池之電池單元2a。各電池單元2a與偵測電壓之檢測元件5連接。
保護電路3具備連接於電池堆2之充放電路徑之第1、第2
電極11,12、串聯設於跨第1、第2電極11,12間之電流路徑上之第1、第2保險絲13,14、熔斷第1、第2保險絲13,14之發熱體15、以及在電池堆2之充放電路徑被阻斷後使電池堆2之電力消耗的負荷電阻16。
第1電極11與電池堆2之一開放端連接，第2電極12與連接充電器或電子機器連接之電池電路1之外部連接端子連接。第1電極11，藉由在與發熱體15連接之發熱體引出電極18之間連接可熔導體，而在與發熱體引出電極18之間設有第1保險絲13。同樣地，第2電極12，藉由在與發熱體引出電極18之間連接可熔導體，而在與發熱體引出電極18之間設有第2保險絲14。
第1、第2保險絲13,14串聯於電池堆2之充放電路徑上，藉此構成充放電路徑之一部分，藉由發熱體15發熱而熔斷而能阻斷充放電路徑。
使第1、第2保險絲13,14熔融之發熱體15，係由藉由被通電而發熱之高熔點金屬材料形成，一端與發熱體引出電極18連接，另一端與發熱體電極19連接。發熱體引出電極18，係與第1、第2保險絲13,14連接且亦與後述之負荷電阻16連接。又，發熱體電極19藉由保護電路3組裝於電池電路1，而與FET等之電流控制元件4及電池堆2之另一開放端連接。
藉此，電池電路1中，發熱體15及電流控制元件4與電池堆2並聯，形成從電池堆2對發熱體15供應電力之供電路徑。
負荷電阻16，在電池堆2之充放電路徑被阻斷後，與發熱體15一起使電池堆2之電力消耗，解除能量滯留於電池堆2之狀態被放置
之危險狀態。負荷電阻16在第1電極11與發熱體電極19之間與發熱體15串聯且在第1電極11與發熱體引出電極18之間與第1保險絲13並聯。
檢測元件5，與電池堆2或構成電池堆2之各電池單元2a連接，常時監控是否成為高電壓狀態，在成為高電壓狀態時對電流控制元件4輸出控制訊號。
電流控制元件4，係依據檢測元件5之檢測結果控制保護電路3之動作，由例如FET所構成，限制對供電給發熱體15之供電路徑之通電，接收來自檢測元件5之控制訊號以使對發熱體15之供電路徑通電。
此種電池電路1，在通常之充放電動作時，如圖2所示，藉由電流控制元件4限制對發熱體15之通電，又，對高電阻之負荷電阻16側亦不流動電流。是以，電池電路1在通常之充放電動作時，係形成不經由發熱體15及負荷電阻16而經由第1、第2保險絲13,14之充放電路徑。
在對電池電路1施加過剩電壓，藉由檢測元件5檢測出過電壓時，即如圖3所示對電流控制元件4輸出檢測訊號。電流控制元件4，接收檢測訊號而對發熱體15使電池堆2之電流通電以使之發熱。
電池電路1，藉由發熱體15之發熱而使第1、第2保險絲13,14熔融，熔融導體凝集於彼此分離之第1、第2電極11,12及發熱體引出電極18上而被分斷。藉此，電池電路1能阻斷電池堆2之充放電路徑。此處，由於電池電路1係藉由熔斷保護電路3之第1、第2保險絲13,14而阻斷充放電路徑，因此可不可逆地阻斷充放電路徑。
電池電路1藉由第1、第2保險絲13,14熔斷，而形成串聯電池堆2、負荷電阻16及發熱體15之電池消耗路徑。此電池消耗路徑係使
殘留於電池堆2之電力消耗，能避免在電池電路1阻斷後能量滯留於電池堆2之狀態被放置的危險。
電池消耗路徑中，電池堆2之電流流經串聯之發熱體15及負荷電阻16。藉此，電池堆2之電力，與僅經由發熱體15而消耗的情況相較，被發熱體15及負荷電阻16之各個消耗的電力下降，能抑制各發熱量。是以，電池電路1，能以低溫且安全地使電池堆2之電力消耗。另一方面，發熱體15由於接收電池堆2之電力而發出足以使第1、第2保險絲熔融之高熱，因此與僅以發熱體15使電池堆2之電力消耗之情形相較，反而伴隨危險。
在電池堆2之電力被消耗而電壓下降至既定之臨限值以下後，電流控制元件4阻斷電池消耗路徑，電池堆2之放電停止。
此處，電池電路1中，負荷電阻16在第1電極11與發熱體引出電極18之間與第1保險絲13並聯且在第1電極11與發熱體電極19之間與發熱體15串聯。因此，在對發熱體15之供電路徑開放時，流動於發熱體15之電池堆2之電流不會因負荷電阻16受到影響，能將第1、第2保險絲13,14迅速地熔斷。亦即，由於電池堆2之電流之大致全部不會流動於負荷電阻16而經由第1保險絲13往發熱體15供電，因此不受負荷電阻16之影響亦不會產生熔斷時間之不均。
此外，電池電路1亦可如圖4所示，不將負荷電阻16設於保護電路3，而藉由保護電路3組裝於電池電路1，與電池堆2及發熱體15串聯，且使之與第1保險絲13並聯。
藉由將保護電路3與負荷電阻16隔離，而依據電池堆2之容量或使用電池堆2之電子機器之額定等來決定負荷電阻16之電阻值，藉此，保護電路3可無視負荷電阻16之電阻值而組裝於所有電池電路1。
又，保護電路3較佳為從第2保險絲14熔斷。在第1保險絲13先切斷之場合，來自電池堆2之電流亦可透過負荷電阻16對發熱體15通電，因持續發熱故能熔斷第2保險絲14。然而，在僅有第1保險絲13熔斷之狀態下，當第2保險絲14熔斷前假設電池組10連接於充電器時，有可能會經由第2保險絲14、負荷電阻16對電池堆2充電，故不佳。
因此，較佳為在發熱體15開始通電、發熱後，與連接於充電器或電子機器之外部連接電極之第2電極12連接之第2保險絲14較第1保險絲13先熔斷。藉此，能使電池堆2從電池組10之充放電路徑確實地阻斷。由於在第2保險絲14熔斷後，亦透過第1保險絲13對發熱體15續行通電，因此第1保險絲13亦確實地被熔斷。
如上述，為了在發熱體15之發熱時從第2保險絲14熔斷，能藉由後述般將保護元件20之發熱體15偏靠第2保險絲14側來設置等而據以實現。
其次，說明適用構成保護電路3之本發明之保護元件20。如圖5、圖6所示，保護電路3具備：絕緣基板21；發熱體15；第1、第2電極11,12，積層於絕緣基板21，與外部電路1等連接；可熔導體22，積層於第1、第2電極11,12及發熱體引出電極18，藉由加熱而阻斷第1電極11與第2電極12間之電流路徑；以及負荷電阻16，串聯於外部電路及發熱體15，且在第
1電極11與發熱體引出電極18之間與可熔導體22並聯。
絕緣基板21，係使用例如氧化鋁、玻璃陶瓷、莫來石、及氧化鋯等具有絕緣性之構件形成。雖亦可使用其他玻璃環氧基板、苯酚基板等用於印刷配線基板的材料，但需留意可熔導體22熔斷時之溫度。
第1及第2電極11,12形成於絕緣基板21之表面21a上。又，第1及第2電極11,12透過通孔與形成於絕緣基板21之背面21b之外部連接端子11a,12a連接。
第1及第2電極11,12藉由搭載可熔導體22而電性連接。藉此，保護元件20構成第1電極11~可熔導體22~第2電極12之充放電路徑，此充放電路徑組裝於構裝保護元件20之電路基板上所形成之外部電路之一部分。
組裝有保護元件20之電路係構裝保護元件20之電子機器之電流線，除了可適用於例如鋰離子二次電池之電池組10中之電池電路1以外，亦可適用於各種電子機器之電源電路等被要求物理性電流路徑之阻斷的所有電路。
發熱體15積層於絕緣基板21之表面21a，被絕緣構件25覆蓋。發熱體15係具有阻抗值較高、會因通電而發熱之導電性之構件，由例如W、Mo、Ru等所構成。能藉由將此等合金或組成物、化合物之粉狀體與樹脂黏結劑等混合，將形成之糊狀物使用網版印刷技術於絕緣基板21上形成圖
案，並藉由燒成等方式而形成。又，發熱體15一端連接有發熱體引出電極18，另一端連接有發熱體電極19。
作為絕緣構件25能使用例如玻璃。此外，保護元件20為了將發熱體15之熱以良好效率傳至可熔導體22，亦可於發熱體15、發熱體引出電極18及發熱體電極19與絕緣基板21間亦積層絕緣構件，將發熱體15設於形成於絕緣基板21表面之絕緣構件25之內部。
發熱體引出電極18具有與積層於絕緣基板21之表面21a之發熱體15之一側緣相接之引出部18a、以及與引出部18a連續且積層於絕緣構件25上之積層部18b。發熱體引出電極18中，積層部18b形成於第1、第2電極11,12之間，透過可熔導體22與第1、第2電極11,12連接。
又，發熱體引出電極18中，積層部18b形成於隔著絕緣構件25與發熱體15重疊的位置。因此，發熱體引出電極18，透過絕緣構件25能將發熱體15之熱以良好效率傳遞，迅速地使可熔導體22加熱、熔融。
進而，發熱體引出電極18中引出部18a與後述之負荷電阻16連接，藉此，發熱體15與負荷電阻16串聯。發熱體引出電極18，係將例如Ag或Cu或以此等為主成分之合金等高熔點金屬與樹脂黏結劑等混合，將形成之糊狀物使用網版印刷技術於絕緣基板21上形成圖案，並藉由燒成等方式而形成。
發熱體電極19與積層於絕緣基板21之表面21a之發熱體15之另一側緣相接。發熱體電極19透過未圖示之通孔與形成於絕緣基板21之背面21b之外部連接端子連續，保護元件20藉由組裝於電池電路1而與電流控制元件4連接。發熱體電極19，係將例如Ag或Cu或以此等為主成
分之合金等高熔點金屬與樹脂黏結劑等混合，將形成之糊狀物使用網版印刷技術於絕緣基板21上形成圖案，並藉由燒成等方式而形成。
構成第1、第2保險絲13,14之可熔導體22能使用會藉由發熱體15之發熱迅速熔斷之任一金屬，例如能非常合適地使用以Sn為主成分之無鉛焊料等低熔點金屬。
又，可熔導體22亦可積層低熔點金屬與高熔點金屬來形成。作為低熔點金屬與高熔點金屬之積層構造，能舉出例如藉由高熔點金屬鍍敷來覆蓋低熔點金屬箔的構造。作為低熔點金屬，較佳為使用以Sn為主成分之無鉛焊料等焊料，作為高熔點金屬，較佳為使用Ag、Cu或以此等為主成分之合金等。藉由含有高熔點金屬與低熔點金屬，將保護元件20回焊構裝之情形，即使回焊溫度超過低熔點金屬層之熔融溫度而低熔點金屬熔融，亦可抑制低熔點金屬往外部流出，能維持可熔導體22之形狀。又，在熔斷時，亦藉由低熔點金屬熔融，熔蝕(焊料沖蝕)高熔點金屬，而能以高熔點金屬之熔點以下之溫度迅速地熔斷。
可熔導體22，藉由被焊接於與彼此分離形成之電池堆2之充放電路徑連接之第1、第2電極11,12間等，而串聯於電池堆2之充放電路徑上，藉此構成充放電路徑之一部分，藉由發熱體15之發熱而熔斷而能阻斷充放電路徑。
又，可熔導體22如上所述，連接於設在第1、第2電極11,12之間之發熱體引出電極18之積層部18b上。藉此，可熔導體22中，發熱體引出電極18與第1電極11之間成為第1保險絲13，發熱體引出電極
18與第2電極12之間成為第2保險絲14。
負荷電阻16與發熱體15同樣地，積層於絕緣基板21之表面21a，被絕緣構件25覆蓋。負荷電阻16能使用例如W、Mo、Ru等與發熱體15相同材料。負荷電阻16能藉由將此等合金或組成物、化合物之粉狀體與樹脂黏結劑等混合，將形成之糊狀物使用網版印刷技術於絕緣基板21上形成圖案，並藉由燒成等方式而形成，以與發熱體15相同之印刷製程形成，就製造效率而言較佳。
負荷電阻16一端與第1電極11連接，另一端與發熱體引出電極18之引出部18a連接。藉此，負荷電阻16透過第1電極11與電池堆2連接且透過發熱體引出電極18串聯於發熱體15。又，負荷電阻16係在第1電極11與發熱體引出電極18之間與第1保險絲13(可熔導體22)並聯。
此外，保護元件20為了防止可熔導體22之氧化及提升可熔導體22熔融時之濕潤性而於可熔導體22上塗布有助焊劑(未圖示)。又，保護元件20，藉由絕緣基板21之表面21a被覆蓋構件(未圖示)覆蓋而保護其內部。覆蓋構件與上述絕緣基板21同樣地使用例如熱可塑性塑膠、陶瓷、環氧基板等具有絕緣性之構件來形成。
此種保護元件20，藉由回焊表面構裝等連接於構成電池電路1之電路基板。藉此，保護元件20透過形成於絕緣基板21之背面21b之外部連接端子，第1電極11與電池堆2連接，第2電極12與電池電路1之外部端子連
接，發熱體電極19與電流控制元件4連接。
又，保護元件20在通常之充放電動作時，藉由電流控制元件4限制對發熱體15之通電，又，對高電阻之負荷電阻16側亦不流動電流。是以，保護元件20在通常之充放電動作時，係不經由發熱體15及負荷電阻16而透過可熔導體22於第1、第2電極11,12間通電(參照圖5)。
在對電池單元2a施加過剩電壓，藉由檢測元件5檢測出過電壓時，即對電流控制元件4輸出檢測訊號。電流控制元件4，接收檢測訊號而對發熱體15使電池堆2之電流通電以使之發熱。藉此，保護元件20對跨第1電極11~可熔導體22~發熱體引出電極18~發熱體15~發熱體電極19之供電路徑供應電池堆2之電力。
保護元件20如圖7所示，藉由發熱體15之發熱而使可熔導體22熔融，熔融導體22a凝集於彼此分離之第1、第2電極11,12及發熱體引出電極18上而被分斷。藉此，保護元件20能不可逆地阻斷電池堆2之充放電路徑。
保護元件20藉由可熔導體22熔斷，而對跨電池堆2~第1電極11~負荷電阻16~發熱體引出電極18~發熱體15~發熱體電極19之電池消耗路徑供應電池堆2之電力。藉此，保護元件20，與使殘留於電池堆2之電力僅經由發熱體15而消耗的情況相較，被發熱體15及負荷電阻16之各個消耗的電力下降，能抑制各發熱量。是以，保護元件20，能使用接收電池堆2之電力而發出高熱之發熱體15使可熔導體22迅速地熔融以近行電池堆2之充放電路徑之阻斷，且能以低溫且安全地使電池堆2之電力消耗。
此處，保護元件20中，能使負荷電阻16之電阻值R2高於發熱體15之電阻值R1。藉由相對地使負荷電阻16之電阻值R2高於發熱體15之電阻值R1，在藉由電流控制元件4開啟供電路徑後，來自電池堆2之電流會優先流通發熱體15，能迅速地使可熔導體22熔融。
保護元件20例如能如圖5所示，藉由積層於絕緣基板21之表面21a上之發熱體15及負荷電阻16之寬度W來調整電阻值R1,R2，藉由使負荷電阻16之寬度W2較發熱體15之寬度W1窄，能將電阻值R2設為較電阻值R1高。又，保護元件20能如圖8所示，藉由使負荷電阻16之寬度較發熱體15之寬度W1細，能將電阻值R2設為較電阻值R1高。進而，保護元件20亦能藉由將負荷電阻16以較發熱體15高電阻之材料來將電阻值R2設為較電阻值R1高。
又，如上所述，保護元件20中藉由可熔導體22構成之第1、第2保險絲13,14中之第2保險絲14先熔斷較佳。因此，保護元件20中，亦可例如使發熱體15與第2保險絲14重疊，以更有效率地加熱第2保險絲14。又，保護元件20中，由於支撐可熔導體之長度越長越容易熔斷，因此例如亦可將從發熱體引出電極18至第2電極12之距離設為較從發熱體引出電極18至第1電極11之距離長。進而，保護元件20，亦可將助焊劑偏靠第2保險絲14側來設置。
又，保護元件20亦可如圖9所示，將發熱體引出電極18之引出部18a形成於絕緣基板21之一側緣且將發熱體電極19形成於與絕緣基板21之一側緣對向之另一側緣，將發熱體15形成於發熱體引出電極18之引出部18a
與發熱體電極19之間且將負荷電阻16形成於發熱體引出電極18之引出部18a與第1電極11之間。
藉此，保護元件20，能使發熱體15及負荷電阻16不鄰接而熱獨立，亦能抑制發熱體15之熱傳達至負荷電阻16所致之損耗。因此，能將發熱體15之熱以良好效率傳至可熔導體22，迅速地將之熔斷。
又，負荷電阻16較佳為形成為較發熱體15小尺寸。藉此，保護元件20，能使負荷電阻16之電阻值R2高於發熱體15之電阻值R1，在藉由電流控制元件4開啟供電路徑後，來自電池堆2之電流會優先流通發熱體15，能迅速地使可熔導體22熔融。
又，保護元件20，如圖10(A)(B)所示，亦可將負荷電阻16形成於絕緣基板21之背面21b。此情形下，負荷電阻16透過第1電極11與通孔(未圖示)與形成於絕緣基板21之背面21b之外部連接端子11a連接，且亦與形成於絕緣基板21之背面21b、與發熱體引出電極18透過通孔(未圖示)連接之外部連接端子18a連接。此外，負荷電阻16較佳為被未圖示之絕緣構件覆蓋。
圖10所示之構成亦同樣地，保護元件20，能使發熱體15及負荷電阻16不鄰接而熱獨立，亦能抑制發熱體15之熱傳達至負荷電阻16所致之損耗。因此，能將發熱體15之熱以良好效率傳至可熔導體22，迅速地將之熔斷。
又，圖10所示之構成中，對經由外部連接端子11a,18a(透過通孔連接)而被供電之負荷電阻16的供電路徑為較對發熱體15之供電路
徑高電阻的路徑。因此，在藉由電流控制元件4開啟供電路徑後，來自電池堆2之電流會優先流通發熱體15，能迅速地使可熔導體22熔融。
此外，圖10所示之構成亦同樣地，負荷電阻16較佳為形成為較發熱體15小尺寸。藉此，保護元件20，能使負荷電阻16之電阻值R2高於發熱體15之電阻值R1，在藉由電流控制元件4開啟供電路徑後，來自電池堆2之電流會優先流通發熱體15，能迅速地使可熔導體22熔融。
又，保護元件20，亦可不具備負荷電阻16而構裝於構成電池電路1之電路基板，藉此將負荷電阻16連接於發熱體引出電極18與第1電極11之間。例如如圖11所示，係使用晶片電阻16a作為負荷電阻16。保護元件20，藉由構裝於電路基板上，與第1電極11連接之外部連接端子11a連接於電路基板之連接電極30，與發熱體引出電極18連接之外部連接端子18a連接於電路基板之連接電極31。晶片電阻16a藉由構裝於連接電極30,31間，而連接於發熱體引出電極18與第1電極11之間。
如上述，保護元件20，藉由做成不設置負荷電阻16而構裝於電路基板據以與負荷電阻16連接的構成，可藉由依據電池堆2之容量或使用電池堆2之電子機器之額定等來決定負荷電阻16之電阻值，藉此，保護元件20可無視負荷電阻16之電阻值而組裝於所有電池電路1。
又，圖11所示之構成中亦同樣地，對經由外部連接端子11a,18a(透過通孔連接)而被供電之負荷電阻16的供電路徑為較對發熱體15之供電路徑高電阻的路徑。因此，在藉由電流控制元件4開啟供電路徑後，來自電池堆2之電流會優先流通發熱體15，能迅速地使可熔導體22熔融。
此外，圖11所示之構成亦同樣地，保護元件20，較佳為使晶片電阻16a之電阻值R2高於發熱體15之電阻值R1。藉此，在藉由電流控制元件4開啟供電路徑後，來自電池堆2之電流會優先流通發熱體15，能迅速地使可熔導體22熔融。
適用本發明之保護電路3及保護元件20除了能用於電池電路1以外，亦能使用於必須藉由檢測高電壓狀態來阻斷電流路徑之各種外部電路。
Claims (12)
- 一種保護元件，其具備：絕緣基板；發熱體；第1、第2電極，積層於上述絕緣基板，與外部電路連接；以及可熔導體，積層於上述第1、第2電極及設於上述第1、第2電極間且與上述發熱體連接之發熱體引出電極，藉由加熱而阻斷上述第1電極與上述第2電極間之電流路徑；在上述第1電極與上述發熱體引出電極之間負荷電阻與上述可熔導體並聯，且上述負荷電阻串聯於上述外部電路及上述發熱體。
- 如申請專利範圍第1項之保護元件，其中，上述負荷電阻設於上述絕緣基板之與上述發熱體相同表面或相反面。
- 如申請專利範圍第1項之保護元件，其中，上述負荷電阻係外部連接零件。
- 如申請專利範圍第1至3項中任一項之保護元件，其中，上述外部電路係電池電路；上述第1電極與電池堆連接；上述第2電極與上述電池電路之外部連接端子連接。
- 如申請專利範圍第4項之保護元件，其中，上述可熔導體形成有連接上述第1電極與上述發熱體引出電極之第1保險絲與連接上述第2電極與上述發熱體引出電極之第2保險絲；上述第2保險絲較上述第1保險絲先熔斷。
- 如申請專利範圍第5項之保護元件，其中，上述發熱體係偏靠上述第2保險絲形成。
- 一種保護電路，其具備：第1、第2電極，連接於外部電路；第1、第2保險絲，串聯設於跨上述第1、第2電極間之電流路徑上；以及發熱體，設於設在上述第1、第2保險絲間之發熱體引出電極與連接於上述外部電路開放端之發熱體電極之間，熔斷上述第1、第2保險絲；在上述第1電極與上述發熱體引出電極之間負荷電阻與上述第1保險絲並聯，且上述負荷電阻在上述第1電極與上述發熱體電極之間串聯於上述發熱體。
- 如申請專利範圍第7項之保護電路，其具備上述負荷電阻。
- 如申請專利範圍第7項之保護電路，其中，上述負荷電阻係外部連接零件。
- 一種電池電路，其具有：電池堆；第1、第2保險絲，串聯於上述電池堆之充放電路徑；發熱體，藉由發熱使上述第1、第2保險絲熔斷以阻斷上述充放電路徑；負荷電阻，與上述電池堆及上述發熱體串聯，且與上述第1保險絲並聯；以及電流控制元件，與上述發熱體串聯，且與上述電池堆並連，使上述發熱體通電以阻斷上述電池堆。
- 如申請專利範圍第10項之電池電路，其以上述第1保險絲、上述第2保險絲、上述發熱體構成保護電路。
- 如申請專利範圍第11項之電池電路，其進一步加上上述負荷電阻構成上述保護電路。
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