TWI670743B - 熔絲元件 - Google Patents

Abstract

提供對漏水等之異常亦能安全地使電路開放之熔絲元件。熔絲元件(11)，其具備：熔絲單元(11)；以及電極(12)，由接近熔絲單元(11)而配置且離子化傾向較熔絲單元(11)小之金屬構成。藉此，例如在水浸入熔絲元件(11)與電極(12)之間時，由於會藉由電蝕作用使熔絲元件(11)之電流額定降低，因此能安全地使電路開放。

Description

熔絲元件

本發明係關於在流過較額定大之電流時藉由焦耳熱熔斷以使電路開放之熔絲元件。

近年來，行動電話、筆記型電腦等之大多數係採用鋰離子二次電池。鋰離子二次電池，由於重量能量密度高，因此為確保使用者及電子機器的安全，一般將過充電保護、過放電保護等數個保護電路內建於電池包，而具有於特定狀況將電池包之輸出遮斷之機能。然而，在因浸水而使電池正極/負極絕緣嵌合部腐蝕時，有電池內部之壓力漏洩，安全閥無法正確地發揮功能，而導致爆發事故之風險。

雖有針對浸水而附帶偵測已濕潤之痕跡之貼片以發出警告者(參照例如專利文獻1)，但由於並非用以限制電池之使用，因此有可能會發生因電路基板之浸水而導致之遷移(migration，絕緣劣化)或短路所導致之電路誤動作。又，伴隨電池異常導致之電解液之洩漏亦有可能產生與上述同等之不良情形。

〔專利文獻〕

〔專利文獻1〕日本特開平11-144695號公報

〔專利文獻2〕日本特開2000-162081號公報

本發明有鑑於上述情事，其目的在於提供能針對浸水、電池液洩漏等異常能安全地使電路開放之熔絲元件。

為了解決上述課題，本發明之熔絲元件，其具備：熔絲單元；以及電極，由接近前述熔絲單元而配置且離子化傾向較前述熔絲單元小之金屬構成。

根據本發明，在例如水浸入熔絲元件與電極之間時，由於會藉由電蝕作用使熔絲元件之電阻上升而使電流額定降低，因此能安全地使電路開放。

10‧‧‧熔絲元件

11‧‧‧熔絲單元

12‧‧‧電極

21A,21B,21C‧‧‧第1~第3熔絲單元

22A,22B,22C,22D‧‧‧第1~第4電極

23A,23B,23C,23D,23E,23F‧‧‧第1~第6分離層

30‧‧‧電池包

30a‧‧‧正極端子

30b‧‧‧負極端子

31~34‧‧‧電池單元

35‧‧‧電池堆

36‧‧‧檢測電路

37‧‧‧保護元件

38‧‧‧電流控制元件

40‧‧‧充放電控制電路

41,42‧‧‧電流控制元件

43‧‧‧控制部

45‧‧‧充電裝置

圖1係顯示熔絲元件之構成例之立體圖。

圖2係示意顯示電蝕前之熔絲元件之立體圖。

圖3係示意顯示電蝕後之熔絲元件之立體圖。

圖4係顯示並列配置有複數個熔絲單元之熔絲元件之構成例之立體圖。

圖5係顯示並列配置有複數個熔絲單元之熔絲元件之構成例之剖面圖。

圖6係顯示將熔絲元件使用於鋰離子二次電池之電池包內之電路之適用例的方塊圖。

以下，參照圖式依照下述順序詳細說明本發明之實施形態。

1.熔絲元件之構成例

2.熔絲元件之適用例

<1.熔絲元件之構成例>

本實施形態之熔絲元件，具備：熔絲單元；以及電極，由接近熔絲單元而配置且離子化傾向較熔絲單元小之金屬構成。由於熔絲單元與電極接近，因此在浸水、電池液洩漏等異常時液體會侵入熔絲單元與電極之間，熔絲單元產生電蝕。藉此，由於電阻上升而使額定電流值降低，因此能藉由對熔絲單元之通電電流而自行遮斷，安全地使電路開放。

圖1係顯示熔絲元件之構成例之立體圖。熔絲元件10，具備由平板構成之熔絲單元11與和熔絲單元11之中心部之兩面對向配置之電極12A,12B。熔絲單元11與電極12接近成水能浸入，其距離較佳為0.01mm~10mm。又，由於若熔絲單元11與電極12間之距離較小則電場強度大使電蝕作用變強，因此為了更有效率地使電路開放，將電極12間之距離設為0.01~1mm則又更佳。

熔絲單元11具有既定額定電流值，在超過額定電流值之電流被通電後即熔斷。熔絲單元11較佳為以選自鋁、鐵、鎳、錫、鉛中之任一種作為主成分。此外，本說明書中，所謂主成分是指以材料全質量為基準時為50wt%以上。

又，電極12A,12B係與熔絲單元11之中心部之兩面對向配置。電極12A,12B較佳為配置成覆蓋熔絲單元11中心部之表面整體，以使熔絲單元11所電蝕之物質量較大。

又，電極12A,12B，較佳為由離子化傾向較熔絲單元小之金 屬構成，以選自金、白金、銀、銅、鈀中之任一種作為主成分。藉此，在水侵入熔絲單元11與電極12之間時，由卑金屬構成之熔絲單元11成為正極而離子化(腐蝕)，熔絲單元11變細或產生針孔，而能使熔絲單元11之導體阻抗上升，使額定電流值降低。

又，較佳為於熔絲單元11與電極12之間具備分離層。又，分離層較佳為由篩孔狀、多孔質狀等絕緣體構成。藉此，能抑制熔絲單元11與電極12之間之直接短路，且能確保水或電解液之保持性。又，分離層較佳為載持NaCl等電解質。藉此，能提升水或電解液之電氣傳導度，促進電蝕。

又，亦可於熔絲單元11與電極12之間配置吸水性或吸濕性之絕緣物。又，亦可於熔絲單元11與電極12之間配置由溶膠、凝膠或固體構成之絕緣物，藉由水來使導電性顯現。又，亦可在由溶膠或凝膠構成之電解質侵入熔絲單元11與電極12之間時，使熔絲單元11之電蝕作用發揮。

又，熔絲單元11較佳為作為正極連接，電極12較佳為作為負極連接。藉此，能促進電蝕反應，使熔絲單元11之額定電流值快速降低。

亦即，熔絲元件10構成遮斷電路，該遮斷電路具備：熔絲單元11，作為正極串聯於直流電源；以及電極12，由接近熔絲單元11而配置且離子化傾向較熔絲單元11小之金屬構成，作為負極連接。又，具備用以對熔絲單元11通電之第1端子及第2端子、以及將電極12作為負極連接之第3端子，將第1端子及第2端子串聯於正極之通電路徑，將第3端子連接於負極或接地。

圖2及圖3分別係示意顯示電蝕前及電蝕後之熔絲單元之立 體圖。如圖2所示，電蝕前之熔絲單元11保持短形形狀。在水侵入熔絲單元11與電極12之間時，如圖3所示，由卑金屬構成之熔絲單元11成為正極而離子化(腐蝕)，熔絲單元11變細或產生針孔。因此，熔絲單元11之導體阻抗上升，額定電流值降低。藉由伴隨導體阻抗上升之發熱，雖熔絲單元11與電極12之間之水或電解液有時會蒸發，但由於額定電流值降低，因此能藉由對熔絲單元11之通電電流而自行遮斷，安全地使電路開放。

又，熔絲元件不限於前述之構成例，例如亦可熔絲單元並列配置有複數個，電極配置於熔絲單元間。圖4係顯示並列配置有複數個熔絲單元之熔絲元件之構成例之立體圖，圖5係顯示並列配置有複數個熔絲單元之熔絲元件之構成例之剖面圖。此熔絲元件，如圖5所示依序積層有第1電極22A、第1分離層23A、第1熔絲單元21A、第2分離層23B、第2電極22B、第3分離層23C、第2熔絲單元21B、第4分離層23D、第3電極22C、第5分離層23E、第3熔絲單元21C、第6分離層23F、第4電極22D。

第1~第3熔絲單元21A,21B,21C、第1~第4電極22A,22B,22C,22D、以及第1~第6分離層23A,23B,23C,23D,23E,23F，分別與前述之熔絲單元11、電極12、以及分離層相同，此處省略說明。

如上所述，藉由將熔絲單元並列複數個，能增大額定電流且能促進在水侵入熔絲單元與電極之間時之熔絲單元之電蝕。

<2.熔絲元件之適用例>

圖6係顯示將熔絲元件使用於鋰離子二次電池之電池包內之電路之適用例的方塊圖。熔絲元件10如圖6所示，例如被組裝於電池包30來使用， 該電池包30例如具有由合計4個鋰離子二次電池之電池單元31~34構成之電池堆35。

電池包30具備電池堆35、控制電池堆35之充放電的充放電控制電路40、於異常時遮斷電池堆35之輸出之熔絲元件10、及檢測出各電池單元31~34之電壓的檢測電路36。

電池堆35係將需要為了保護免於過充電及過放電狀態之控制之電池單元31~34被串聯連接而成，經由電池包30之正極端子30a、負極端子30b，可拆裝地連接於充電裝置45，被施加來自充電裝置45之充電電壓。可藉由將以充電裝置45充電之電池包30之正極端子30a、負極端子30b連接於靠電池動作的電子機器，來使此電子機器動作。

充放電控制電路40具備：於從電池堆35向充電裝置45流動之電流路徑串聯連接之兩個電流控制元件41,42、及控制此等電流控制元件41,42之動作的控制部43。電流控制元件41,42，例如由場效電晶體(以下稱FET)構成，藉由控制部43控制閘電壓，控制電池堆35之電流路徑之導通與遮斷。控制部43係從充電裝置45接收電力供給而動作，對應檢測電路36之檢測結果，於電池堆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41,42之動作。

熔絲元件10具備用以對熔絲單元11通電之第1端子及第2端子、以及將電極12作為負極連接之第3端子，例如將第1端子及第2端子連接於電池堆35與充放電控制電路40之間之充放電電流路徑上，將第3端子連接於負極側。

檢測電路36係與各電池單元31~34相連接，檢測各電池單 元31~34之電壓值，在異常時使將訊號輸出至電流控制元件38，藉由保護元件37之動作遮斷充放電電流路徑。

保護元件37例如連接於電池堆35與充放電控制電路40之間之充放電電流路徑上，由電流控制元件38控制其動作。保護元件10具有由可熔導體與經由可熔導體之連接點通電而發熱藉此熔融可熔導體之發熱體所構成之電路結構，可熔導體被串聯連接於充放電電流路徑上，且發熱體與電流控制元件38連接。

電流控制元件38，藉由從檢測電路36輸出之檢測訊號，當電池單元31~34之電壓值成為超過既定之過放電或過充電狀態之電壓時，使保護元件37動作，以控制成將電池堆35之充放電電流路徑不論電流控制元件41,42之開關動作為何均予以遮斷。

根據上述適用例，在漏水等異常時水侵入熔絲單元11與電極12之間，熔絲單元11即電蝕。藉此，由於額定電流值降低，因此能藉由對熔絲單元11之通電電流而自行遮斷，安全地使電路開放。

此外，只要可在上述異常時以良好效率開放電路，並將熔絲單元11作為正極連接，將電極12作為負極連接，則熔絲元件10之第3端子之連接對象並無特別限定。例如，能藉由將第3端子之連接對象設為檢測電路36，以檢測出水侵入熔絲單元11與電極12之間之情形。又，例如亦可使用一次電池，將正極側連接於熔絲單元11，將負極側連接於第3端子。又，亦可使第3端子接地。又，由於僅將原理上離子化傾向不同之兩個金屬浸於電解液，離子化傾向大之金屬即被電蝕，因此亦可使第3端子成為開放狀態。

Claims (17)

1. 一種熔絲元件，其具備：平面狀之熔絲單元；以及電極，由接近前述熔絲單元配置且離子化傾向較前述熔絲單元小之金屬構成；前述電極係與前述熔絲單元對向配置。
2. 如申請專利範圍第1項之熔絲元件，其中，前述熔絲單元係以選自鋁、鐵、鎳、錫、鉛中之任一種作為主成分；前述電極係以選自金、白金、銀、銅、鈀中之任一種作為主成分。
3. 如申請專利範圍第1或2項之熔絲元件，其中，前述電極係與前述熔絲單元之中心部之兩面對向配置。
4. 如申請專利範圍第1或2項之熔絲元件，其中，於前述熔絲單元與前述電極之間具備分離層。
5. 如申請專利範圍第3項之熔絲元件，其中，於前述熔絲單元與前述電極之間具備分離層。
6. 如申請專利範圍第4項之熔絲元件，其中，前述分離層係載持電解質而構成。
7. 如申請專利範圍第5項之熔絲元件，其中，前述分離層係載持電解質而構成。
8. 如申請專利範圍第1或2項之熔絲元件，其中，前述熔絲單元並列配置有複數個；前述電極配置於前述熔絲單元間。
9. 如申請專利範圍第3項之熔絲元件，其中，前述熔絲單元並列配置有複數個；前述電極配置於前述熔絲單元間。
10. 如申請專利範圍第4項之熔絲元件，其中，前述熔絲單元並列配置有複數個；前述電極配置於前述熔絲單元間。
11. 如申請專利範圍第6項之熔絲元件，其中，前述熔絲單元並列配置有複數個；前述電極配置於前述熔絲單元間。
12. 如申請專利範圍第1或2項之熔絲元件，其中，前述熔絲單元係作為正極被連接；前述電極係作為負極被連接。
13. 如申請專利範圍第3項之熔絲元件，其中，前述熔絲單元係作為正極被連接；前述電極係作為負極被連接。
14. 如申請專利範圍第4項之熔絲元件，其中，前述熔絲單元係作為正極被連接；前述電極係作為負極被連接。
15. 如申請專利範圍第6項之熔絲元件，其中，前述熔絲單元係作為正極被連接；前述電極係作為負極被連接。
16. 如申請專利範圍第8項之熔絲元件，其中，前述熔絲單元係作為正極被連接；前述電極係作為負極被連接。
17. 一種遮斷電路，其具備：平面狀之熔絲單元，作為正極串聯於直流電源；以及電極，由接近前述熔絲單元而配置且離子化傾向較前述熔絲單元小之金屬構成，作為負極連接；前述電極係與前述熔絲單元對向配置。