TWI730992B - 開關元件、及保護元件 - Google Patents

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TWI730992B
TWI730992B TW105132135A TW105132135A TWI730992B TW I730992 B TWI730992 B TW I730992B TW 105132135 A TW105132135 A TW 105132135A TW 105132135 A TW105132135 A TW 105132135A TW I730992 B TWI730992 B TW I730992B
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Abstract

本發明提供一種針對浸水或自電池之漏液等異常而可安全地使電氣電路開放或短路之開關元件。
該開關元件具有：導電體2，其連接於外部電路；及反應部3，其具備使導電體2與外部電路開放，且若與滲入元件內部之液體接觸則溶解藉此使導電體2與外部電路導通之液溶解性材料3a。

Description

開關元件、及保護元件
本發明係關於一種根據液體之滲入而使電氣電路開放或短路之開關元件、及根據液體之滲入而使電氣電路開放之保護元件。本案係以於日本2015年10月7日申請之日本案特願2015-199814為基礎而主張優先權，且該申請以參照之方式援用於本案。
近年來，於行動電話、筆記型PC等中大多採用鋰離子二次電池。鋰離子二次電池因能量密度高，為了確保使用者及電子機器之安全，一般而言具有如下功能：於電池組內置有過充電保護、過放電保護等若干保護電路，特定情形時遮斷電池組之輸入輸出。然而，於因浸水而電池之正極/負極絕緣嵌合部腐蝕之情形時，電池內部之壓力洩漏，安全閥未正常發揮功能而有引起著火事故之風險。
[先前技術文獻]
[專利文獻]
[專利文獻1]日本專利特開平11-144695號公報
[專利文獻2]日本專利特開2000-162081號公報
有添加針對浸水偵測濕潤跡象之密封件並發出警告者(例如參照專利文獻1)，但並非對電池之使用進行限制者，故而有產生因電路基板之浸水引起遷移(絕緣劣化)或因短路引起電路誤動作之虞。又，對於伴隨電池異常之電解液之洩漏亦有產生與上述同等不良狀況之虞。
又，作為電子機器之浸水對策，使用有設置偵測水等液體之感測器，利用自偵測到浸水之該感測器發出之信號使保護電路作動之方法。例如，提出有具備包含於絕緣基板上隔開特定間隔對向配置之一對電極之偵測部的漏水感測器(例如參照專利文獻2)。該漏水感測器於偵測部之電極間為浸水狀態時，因端子部間洩漏而向控制電路輸入信號，控制機器之動作。即，該浸水感測器係以向偵測部之液體之流入作為作動條件，故而期望當出現浸水狀態，積極地使液體流入偵測部之構成，另一方面，於控制電路無須作動之浸水狀態以外，為避免誤作動亦需要確保作為感測器之可靠性。
本發明係鑒於此種習知之實際情況而提出者，其目的在於提供一種針對浸水或自電池之漏液等異常可安全且確切地使外部電路短路之開關元件、及針對浸水或自電池之漏液等異常而安全且確切地使外部電路開放之保護元件。
為了解決上述課題，本發明之開關元件具有：導電體，其連接於外部電路；及反應部，其具備液溶解性材料，該液溶解性材料使上述 導電體與上述外部電路開放，且若與滲入元件內部之液體接觸則溶解，藉此使上述導電體與上述外部電路導通。
又，本發明之保護元件具有：絕緣基板；第1、第2電極，其等設於上述絕緣基板；發熱體，其設於上述絕緣基板；可熔導體，其跨接於上述第1、第2電極間，因上述發熱體之發熱而熔斷；及開關部，其設於上述發熱體之供電路徑上；且上述開關部具有：導電體，其連接於上述發熱體之電源電路；及反應部，其具備液溶解性材料，使上述導電體與上述電源電路開放，且若與滲入元件內部之液體接觸則溶解，藉此使上述導電體與上述電源電路導通。
根據本發明，具備液溶解性材料之反應部可於浸水或自電池之漏液等異常時，利用該液體溶解液溶解性材料，使導電體與外部電路之開放端接觸，從而使外部電路通電。
1:開關元件
2:導電體
3:反應部
3a:液溶解性材料
4:殼體
5:導入口
6:排出口
7:導入槽
9:水溶性密封材
10:絞線
11:導線
12:海綿金屬
13:外部連接端子
14:導電性粒子
15:凝集體
16:撥水處理部
17:外部導體
17a:開口部
17b:絕緣塗層
18:內部導體
18a:絕緣塗層
19:絕緣膜
20:配線槽
20a:第1引出凹部
20b:第2引出凹部
23:保護元件
24:保護元件
25:第1電極
26:第2電極
27:保險絲元件
28:發熱體
29:發熱體供電電極
30:電池組
31~34:電池單元
35:電池堆
36:檢測電路
40:充放電控制電路
41:電流控制元件
42:電流控制元件
43:控制部
45:充電裝置
圖1係表示應用本發明之開關元件之構成之概念圖。
圖2係表示使用絞線作為導電體之開關元件之圖。
圖3係表示使用海綿金屬作為導電體之開關元件之剖面圖。
圖4(A)係表示利用液溶解性材料被覆之導電性粒子之凝集體之外觀立體圖，圖4(B)係表示使用(A)所示之凝集體作為導電體之開關元件之剖面圖。
圖5係表示使用由導電材料構成之筒狀之外部導體及內部導體作為導 電體之例的外觀立體圖。
圖6(A)係表示於外部導體之內表面形成有由液溶解性材料構成之絕緣塗層之狀態之剖面圖，圖6(B)係表示於內部導體之外表面形成有由液溶解性材料構成之絕緣塗層之狀態的剖面圖。
圖7係表示於外部導體與內部導體之間介置有由液溶解性材料構成之絕緣膜之狀態之剖面圖。
圖8係表示開關元件之殼體之立體圖，(A)表示於頂面形成有導入口之狀態，(B)表示於頂面形成有複數個導入口之狀態，(C)表示於頂面及側面形成有導入口之狀態，(D)表示於頂面及側面形成有複數個導入口之狀態。
圖9係表示使用圓筒狀之殼體之開關元件之立體圖。
圖10係表示使用形成有排出口之殼體之開關元件之立體圖，(A)表示於殼體頂面形成有一個導入口，(B)表示於殼體頂面形成有複數個導入口。
圖11係表示於與反應部之設置位置相同之高度或更上方設有排出口之開關元件之剖面圖。
圖12係表示使用形成有狹縫狀之導入口及狹縫狀之排出口之殼體之開關元件之剖面圖。
圖13係表示使用形成有導入槽之殼體之開關元件之圖，(A)係剖面圖，(B)係外觀立體圖。
圖14係表示使用形成有複數個導入口及導入槽之殼體之開關元件之圖，(A)係剖面圖，(B)係外觀立體圖。
圖15係表示使用形成有遍及設有反應部之內部而逐漸狹窄化之導入槽 之殼體之開關元件的剖面圖。
圖16係表示使用於與導電體及反應部之位置相應之高度之處形成有導入口之殼體之開關元件的立體圖。
圖17係表示使用於反應部以外之場所形成有撥水處理部之殼體之開關元件之立體圖。
圖18係表示使用由水溶性密封材將導入口密封之殼體之開關元件之立體圖。
圖19係表示使用由水溶性密封材將導入槽閉塞之殼體之開關元件之剖面圖。
圖20係表示於殼體之半部分之對接面形成有配置絞線之配線槽之開關元件之圖，(A)係剖面圖，(B)係表示將絞線引出至殼體之內外之引出凹部的立體圖。
圖21係表示自配線槽之引出凹部引出絞線之狀態之立體圖。
圖22係表示於殼體之半部分之對接面形成有配置絞線之配線槽之開關元件之圖，(A)係剖面圖，(B)係表示將絞線引出至殼體內之引出凹部之立體圖。
圖23係與外部電路連接之開關元件之電路圖，(A)表示開關元件之作動前，(B)表示開關元件之作動後。
圖24係表示將開關元件連接於保護元件之狀態之電路圖，(A)表示使用發熱體之通電路徑、與保險絲元件為不同電路之保護元件之情形，(B)表示使用發熱體連接保險絲元件之保護元件之情形。
圖25係內置有開關元件及保護元件之電池組之電路圖。
圖26係表示內置有開關元件之保護元件之電路圖，(A)表示發熱體之通電路徑、與保險絲元件為不同電路之保護元件，(B)表示發熱體連接保險絲元件之保護元件。
以下，一面參照圖式一面詳細說明應用本發明之開關元件、及保護元件。再者，本發明並非僅限定於以下之實施形態，於不脫離本發明之主旨之範圍內當然可進行各種變更。又，圖式係模式圖，各尺寸之比率等有時會與實際不同。具體之尺寸等應參考以下之說明而判斷。又，當然圖式相互間亦包含相互之尺寸之關係、比率不同之部分的情況。
應用本發明之開關元件係組入電池電路、警報電路等外部電路，於產生水淹或漏液等浸水狀態之情形時，進行電池電路之遮斷、警報電路或保護電路之通電者。如圖1所示，開關元件1具有：導電體2，其連接於外部電路；及反應部3，其具備藉由被覆導電體2使外部電路開放，且若與滲入元件內部之液體接觸則溶解藉此使外部電路導通之液溶解性材料3a；且該等導電體2及反應部3係內置於殼體4內。
[導電體]
導電體2係藉由連接於組入有開關元件1之外部電路之開放端之間而使外部電路導通之構件，例如可使用引線或海綿金屬等公知之導電構件。
開關元件1係導電體2之連接端引出至殼體4之外部，而可與外部電路之端子部連接。又，開關元件1亦可將導電體2形成於設於殼體4內之絕緣基板，且連接於與外部電路之開放端子連接之電極上，藉此 與外部電路連接。
開關元件1係導電體2於常態下被構成反應部3之液溶解性材料3a被覆而與外部電路絕緣，反應部3與液體接觸則被覆導電體2之液溶解性材料3a溶解，經由導電體2而使外部電路導通。
例如導電體2如圖2所示，可使用分別與外部電路連接之一對導線11A、11B撚合而成之絞線10。導線11A、11B分別被液溶解性材料3a被覆，藉此相互絕緣。並且，導線11A連接於與開關元件1連接之外部電路之通電路徑之一自由端，導線11B連接於同通電路徑之另一自由端。藉此，該外部電路通常時開放。
[反應部]
反應部3係藉由與液體接觸而將導電體2不可逆地導通者，且具備被覆導電體2之液溶解性材料3a。液溶解性材料3a可使用具有絕緣性且與液體接觸則溶解之任意之材料，例如可使用瓊脂、明膠等天然聚合物、纖維素、澱粉等半合成聚合物、聚乙烯醇等合成聚合物等。又，作為液溶解性材料3a亦可使用與液體接觸則溶解之如方糖之水溶性之固形物。
又，於假定填充於電池單元之碳酸乙二酯等電解液作為液體，對應於電解液洩漏而作動之開關元件之情形時，作為液溶解性材料3a，可使用ABS、聚丙烯腈、聚偏二氟乙烯、或者PET、PTT、PEN等飽和聚酯等。該等液溶解性材料3a亦有若變成高分子量則溶解速度下降而開關元件1之反應速度下降之情形，故而於反應速度優先之情形時，較佳為調整聚合度後使用。
被覆導電體2之液溶解性材料3a於殼體4內構成反應部3。 反應部3於浸水或自電池之漏液等異常時，利用滲入殼體4內之液體使液溶解性材料3a溶解，使導電體2與外部電路之開放端接觸，從而可使外部電路通電。
例如，反應部3利用液溶解性材料3a被覆上述一對導線11A、11B，藉此通常時絕緣而使外部電路開放。並且，反應部3於浸水或自電池之漏液等異常時，滲入殼體4內之液體與液溶解性材料3a接觸、溶解，藉此連接一對導線11A、11B，從而可使外部電路通電。
[導電體之變形例]
又，如圖3所示，開關元件1亦可使用海綿金屬12作為導電體2。海綿金屬12由液溶解性材料3a被覆，且設於殼體4，跨與外部電路之開放端連接之一對外部連接端子13a、13b間而搭載。外部連接端子13a、13b係藉由例如殼體4內所設之金屬端子、或殼體4或者殼體4內配設之絕緣基板上形成的電極圖案而形成。
開關元件1係將海綿金屬12經由被覆表面之液溶解性材料3a而搭載於外部連接端子13a、13b上，藉此通常時外部電路開放。並且，開關元件1於浸水或自電池之漏液等異常時，滲入殼體4內之液體與液溶解性材料3a接觸、溶解，藉此連接海綿金屬12與外部連接端子13a、13b，從而可使外部電路通電。
再者，作為導電體2，除了海綿金屬12以外，亦可使用使用有導電性纖維之織布、不織布、或金屬網眼等多孔質體、或者金屬箔等金屬片材，且由液溶解性材料3a被覆。
又，如圖4(A)所示，開關元件1亦可使用由液溶解性材 料3a被覆之導電性粒子14之凝集體15作為導電體2。凝集體15係藉由被覆各個導電性粒子14之液溶解性材料3a而維持為大致片材形狀或者大致膜形狀，如圖4(B)所示，跨由設於殼體4內之金屬端子或殼體4或者殼體4內配設之絕緣基板所形成之電極圖案而形成的外部連接端子13a、13b間搭載。
開關元件1係使導電性粒子14之凝集體15經由被覆表面之液溶解性材料3a而搭載於外部連接端子13a、13b上，藉此通常時外部電路開放。並且，開關元件1於浸水或自電池之漏液等異常時，滲入殼體4內之液體與液溶解性材料3a接觸、溶解，藉此經由跨接於外部連接端子13a、13b間連續之導電性粒子14而使兩端子間，從而可使外部電路通電。
又，如圖5所示，開關元件1亦可使用由導電材料構成之筒狀之外部導體17、及設於外部導體17內部之由導電材料構成之內部導體18作為導電體2。圖5所示之導電體2係外部導體17連接於外部電路之一開放端，內部導體18連接於外部電路之另一開放端。外部導體17係例如圓筒狀導體，於外周面形成有一個或複數個供液體滲入之開口部17a。再者，外部導體17除了為圓筒狀以外，只要為能收納內部導體18之中空形狀則可為任意形狀。
內部導體18可為配置於外部導體17之內部之任意形態，除了圖5所示之圓柱狀以外，亦可為角柱狀、片材之捲裝體狀、框體狀等。又，內部導體18係於外部導體17之內部可移動地保持。
如圖6(A)所示，開關元件1係於外部導體17之內表面利用液溶解性材料3a形成有絕緣塗層17b，藉此外部導體17與內部導體18 於常態下絕緣，使外部電路開放。並且，開關元件1於浸水或自電池之漏液等異常時，滲入殼體4內之液體向外部導體17之開口部17a內滲入，接觸液溶解性材料3a而絕緣塗層17b溶解，外部導體17與內部導體18電性連接，藉此可使外部電路通電。
再者，如圖6(B)所示，開關元件1亦可藉由於內部導體18之外表面塗佈液溶解性材料3a而形成絕緣塗層18a。絕緣塗層18a因接觸自外部導體17之開口部17a滲入之液體而溶解，外部導體17與內部導體18可電性連接。
又，如圖7所示，開關元件1亦可於外部導體17與內部導體18之間介置由液溶解性材料3a構成之絕緣膜19。絕緣膜19具有至少自外部導體17之內表面遮蔽內部導體18之大小、形狀，於常態下使外部導體17與內部導體18絕緣。並且，絕緣膜19於浸水或自電池之漏液等異常時，因接觸經由殼體4及外部導體17之開口部17a滲入之液體而溶解，外部導體17與內部導體18可電性連接。
[殼體]
開關元件1之殼體4可利用各種工程塑膠、陶瓷等具有絕緣性之構件形成。開關元件1藉由設置殼體4可保護導電體2及反應部3。
於殼體4設有向反應部3導入液體之導入口5。開關元件1經由設於殼體4之導入口5而使液體流入反應部3，藉此將導電體2不可逆地導通。
例如，如圖8(A)所示，殼體4由多面體構成，於一面設有一個導入口5。開關元件1作為於形成有外部電路之電路基板安裝之晶片 零件而形成之情形時，較佳為於殼體4之與安裝面為相反側之頂面4a設置導入口5。藉由於頂面4a設置導入口5，若變成浸水狀態便可有效率地將液體引入殼體4內且保持於反應部3，將導電體2導通。當然，殼體4亦可於頂面4a以外之面、例如側面4b形成導入口5。又，如圖8(B)所示，殼體4可於頂面4a形成複數個導入口5，或者亦可於側面4b形成複數個導入口5。殼體4藉由設置複數個導入口5而可更容易地將液體導入反應部3。
又，例如，如圖8(C)所示，殼體4亦可由多面體構成，且於複數個面、例如頂面4a及側面4b設置導入口5。又，如圖8(D)所示，殼體4亦可於複數個面分別形成一個或複數個導入口5。
又，殼體4亦可形成為圓柱狀或角柱狀，於任意位置、以任意個數形成導入口5。圖9係將殼體4形成為圓柱狀且遍及全周形成有複數個導入口5之開關元件1之外觀立體圖。藉由將殼體4形成為圓柱狀、角柱狀，而可不受與開關元件1之配置相應之面或角度、液體之滲入路徑等左右地，形成導入口5。
又，殼體4亦可形成將自導入口5滲入之液體排出之排出口。圖10係表示於由多面體構成之殼體4之頂面4a形成導入口5、且於側面4b形成有排出液體之排出口6之開關元件1的外觀立體圖。藉由形成排出口6，可防止液體大量滲入殼體4內而冷卻等影響引起液溶解性材料3a之溶解反應下降之事態。
再者，排出口6較佳為形成得較導入口5小。藉由使排出口6相對較小，可防止因滲入殼體4內之液體過剩排出，延遲反應部3之作用、導電體2之導通的事態。
又，排出口6較佳設於與殼體4之反應部3之設置位置相同的高度、或較反應部3之設置位置更上方。例如，如圖11所示，於將殼體4形成為多面形狀、且作為安裝於電路基板之晶片零件形成的情形時，排出口6較佳設於與殼體4之側面4b之反應部3之設置位置相同的高度或設於上方。藉此，滲入殼體4內之液體會排出高出反應部3上方之滲入量，其他殘留於反應部3，故而可確保反應部3之作用，且可防止液體大量滲入殼體4內而冷卻等影響引起液溶解性材料3a之溶解反應下降之事態。
再者，導入液體之導入口5及排出液體之排出口6可為圓形、矩形等，其等之形狀並無限制。又，如圖12所示，導入口5及排出口6亦可形成為狹縫狀。藉由將導入口5形成為狹縫狀，可更大範圍地導入液體，使反應部3快速反應而使導電體2導通。又，藉由將排出口6形成為狹縫狀，可將滲入殼體4內之多餘液體快速排出，且可防止液體大量滲入殼體4內而冷卻等影響引起液溶解性材料3a之溶解反應下降之事態。
又，殼體4亦可於頂面4a設置狹縫狀之導入口5，且設置向反應部3導入液體之導入槽7。如圖13(A)所示，導入槽7係槽壁7a自形成於頂面4a之導入口5延伸至反應部3之附近為止。藉此，殼體4可使滲入導入口5之液體不會流入反應部3以外之場所，而是確切地導入反應部3。又，殼體4可防止滲入導入口5之液體在殼體4內散逸，延遲利用反應部3之導電體2之導通的事態。
又，如圖13(B)所示，殼體4亦可使導入槽7延伸至側面4b為止，與形成於側面4b之排出口6連續。藉此，殼體4可將自導入口5滲入之液體有效率地導入反應部3，且將過剩液體有效率地自排出口6排出。
再者，如圖14(A)(B)所示，導入口5及導入槽7亦可形成複數個。藉由形成複數個導入槽7，可跨反應部3之整個寬度導入液體。
又，如圖15所示，開關元件1亦可使導入槽7自面朝頂面4a之導入口5之開口部遍及設有反應部3之內部而逐漸狹窄化。藉由使導入槽7伴隨靠近反應部3而狹窄化，可將自導入口5之開口部滲入之液體利用毛細管現象有效率地導入反應部3。
又，如圖16所示，開關元件1亦可於殼體4根據導電體2及反應部3之位置形成導入口5、或導入口5及導入槽7。開關元件1亦可如例如圖3所示之導電體2及反應部3之構成例般，將由液溶解性材料3a被覆之海綿金屬12跨外部連接端子13a、13b間而搭載，且於與側面4b之海綿金屬12之位置對應的高度之處形成導入口5、或導入口5及導入槽7。
藉由將導入口5等形成於與反應部3之位置相應的位置，開關元件1可有效率地將大量液體自導入口5導入導電體2及反應部3，從而可有效率地進行反應部3之反應，加快導電體2之導通。
又，開關元件1亦可對反應部3以外之場所實施撥水處理，將液體引導至反應部3。例如，如圖17所示，開關元件1亦可於導入口5、或導入口5及導入槽7之槽壁7a形成經撥水處理後之撥水處理部16。藉此，開關元件1可將自導入口5滲入之液體有效率地導入反應部3。又，藉由對導入口5或導入槽7實施撥水處理，於開關元件1應作動之浸水狀態以外，會彈開少量之液體使其不滲入殼體4內，故而亦可防止誤作動，確保作為感測器之可靠性。
又，開關元件1亦可於殼體4之內壁實施撥水處理。藉由於 殼體4之內壁實施撥水處理，亦可將滲入殼體4內之液體有效率地導入反應部3，使反應部3快速作用。
又，如圖18所示，開關元件1亦可利用由液體溶解之片材狀之水溶性密封材9將導入口5閉塞。水溶性密封材9係與液溶解性材料3a同樣地，可使用例如瓊脂、明膠等天然聚合物、纖維素、澱粉等半合成聚合物、聚乙烯醇等合成聚合物等形成。並且，如圖18所示，水溶性密封材9形成為片材狀，且貼附於殼體4之頂面，藉此可將導入口5閉塞。藉由利用水溶性密封材9將導入口5閉塞，於開關元件1應作動之浸水狀態以外，會彈開少量之液體使其不滲入殼體4內，故而亦可防止誤作動，確保作為感測器之可靠性。
同樣地，如圖19所示，開關元件1亦可利用由液體溶解之水溶性密封材9將導入槽7閉塞。藉由利用水溶性密封材9將導入槽7閉塞，亦會彈開少量之液體使其不滲入殼體4內，可防止誤作動。
[殼體嵌合部之槽部]
又，如圖20、圖21所示，開關元件1亦可藉由將上下半部分4a、4b對接結合而構成殼體4，且於上下半部分4a、4b之一方或兩方之側壁之對接面形成配置絞線10之配線槽20。配線槽20係沿著上下半部分4a、4b之一方或兩方之側壁形成於對接面之全周或一部分。
配線槽20亦可形成將絞線10引出至殼體4之內部之第1引出凹部20a。絞線10自第1引出凹部20a引出，連接於例如設於殼體4內之外部連接端子13a、13b，或者於後述保護元件23、24中連接於設於殼體4內之發熱體28。又，配線槽20於液體滲入殼體4內時，液體經由第1引出 凹部20a流入、貯存，故而對構成絞線10之導線11A、11B進行被覆之液溶解性材料3a溶解，導線11A、11B電性連接。
又，如圖20(B)所示，配線槽20亦可將絞線10引出至殼體之外部，且形成成為液體導入口之第2引出凹部20b。如圖21所示，絞線10自第2引出凹部20b引出，連接於外部電路之連接端子。又，配線槽20若變成浸水狀態則液體經由第2引出凹部20b流入、貯存，故而對構成絞線10之導線11A、11B進行被覆之液溶解性材料3a溶解，導線11A、11B電性連接。
再者，開關元件1亦可使用利用開關元件1之個人電腦、智慧型手機、平板終端、電池組等各種電子機器之殼體作為殼體4。於該情形時，開關元件1如圖22(A)所示，亦可於上下半部分4a、4b之一方或兩方之側壁之對接面形成配置絞線10之配線槽20。此時，如圖22(B)所示，配線槽20僅形成將絞線10引出至殼體4之內部之第1引出凹部20a即可。
構成絞線10之導線11A、11B係與設於殼體4內之保護電路等外部電路22連接，常態下遮斷該外部電路22。並且，若因水淹等而水滲入殼體4內，且亦自第1引出凹部20a滲入配線槽20內，則被覆導線11A、11B之液溶解性材料3a溶解，導線11A、11B電性連接，外部電路22作動，開始保護動作。此時，藉由將配線槽20之位置形成於殼體4之下方等調整，可調整滲入配線槽20之水之滲入量、即外部電路22開始動作之水之滲入量。
[電路構成]
圖23表示開關元件1之電路構成。即，開關元件1係導電體2與外部電路22之一開放端22a及另一開放端22b連接，且利用由液溶解性材料3a 構成之反應部3使外部電路22開放(圖23(A))。並且，開關元件1於浸水狀態下液體滲入殼體4內時，反應部3之液溶解性材料3a溶解，導電體2導通，藉此使外部電路22之各開放端22a、22b導通(圖23(B))。
因此，例如作為外部電路22，連接輸出警報之警報電路、遮斷電池之充放電路徑之保護電路、或者後備電路，藉此可針對浸水或自電池之漏液等異常使該等外部電路作動。
[保護電路]
圖24(A)(B)係表示將開關元件1、與於浸水狀態等異常時遮斷外部電路之保護元件23、24連接之電路構成的圖。如圖24(A)所示，保護元件23具備連接於外部電路之一開放端之第1電極25、連接於外部電路之另一開放端之第2電極26、跨第1、第2電極25、26間搭載而將第1、第2電極25、26間電性連接之保險絲元件27、及因通電而發熱將保險絲元件27熔斷之發熱體28。
保護元件23係第1、第2電極25、26於常態下經由保險絲元件27電性連接，藉此使外部電路通電。發熱體28之一端連接於未圖示之電源，另一端連接於開關元件1之導電體2，藉此控制通電，且常態下導電體2絕緣，藉此規制通電。
保護元件23於浸水或自電池之漏液等異常時，液體滲入開關元件1之殼體4內，反應部3之液溶解性材料3a溶解而導電體2通電，發熱體28通電並發熱。藉此，保護元件23係於第1、第2電極25、26間使保險絲元件27熔斷，藉此可遮斷外部電路。
發熱體28係利用例如計時器在保險絲元件27熔斷經過充分 之時間後，停止通電。或者，亦可設置偵測外部電路之遮斷之感測器，當偵測到外部電路之遮斷後，停止向發熱體28之通電。
圖24(B)係表示將發熱體28電性連接於保險絲元件27，且使用外部電路之電流路徑向發熱體28通電之保護元件24之電路構成的圖。保護元件24係第1、第2電極25、26於常態下經由保險絲元件27電性連接，藉此使外部電路通電。發熱體28之一端經由發熱體引出電極連接於保險絲元件27，另一端經由發熱體供電電極29連接於開關元件1之導電體2，藉此控制通電，且於常態下導電體2絕緣，藉此規制通電。
保護元件24於浸水或自電池之漏液等異常時，液體滲入開關元件1之殼體4內，反應部3之液溶解性材料3a溶解而導電體2通電，發熱體28通電並發熱。藉此，保護元件24於第1、第2電極25、26間使保險絲元件27熔斷，藉此可遮斷外部電路。
發熱體28係根據保險絲元件27熔斷而遮斷通電路徑，故而停止發熱。
[保護元件之使用方法]
繼而，說明該等保護元件23、24之使用例。再者，以下對保護元件24進行說明，但保護元件23亦相同。如圖25所示，保護元件24自組入例如鋰離子二次電池之電池組30內之電路進行使用。電池組30具有例如由合計4個鋰離子二次電池之電池單元31~34構成之電池堆35。
電池組30具備電池堆35、控制電池堆35之充放電之充放電控制電路40、及控制保護元件24之動作之開關元件1。
電池堆35係將需要過充電及過放電狀態保護用控制之電池 單元31~34串列連接而成者，經由電池組30之正極端子30a、負極端子30b可裝卸地連接於充電裝置45，被施加來自充電裝置45之充電電壓。經充電裝置45充電之電池組30係將正極端子30a、負極端子30b連接於利用電池動作之電子機器，藉此可使該電子機器動作。
充放電控制電路40具備串列連接於自電池堆35流入充電裝置45之電流路徑的2個電流控制元件41、42、以及控制該等電流控制元件41、42之動作之控制部43。電流控制元件41、42例如由場效應電晶體(以下稱為FET)構成，且利用控制部43控制閘極電壓，藉此控制電池堆35之電流路徑之向充電方向及/或放電方向之導通與遮斷。控制部43係自充電裝置45受到電力供給而動作，根據檢測電路36之檢測結果，電池堆35過放電或過充電時，遮斷電流路徑，以此方式控制電流控制元件41、42之動作。
保護元件24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，利用開關元件1控制其動作。
檢測電路36連接於各電池單元31~34，檢測各電池單元31~34之電壓值，並將各電壓值供給至充放電控制電路40之控制部43。控制部43於任一電池單元31~34變成過充電電壓或過放電電壓時，輸出對電流控制元件41、42進行控制之控制信號。
由如上之構成形成的電池組30中，保護元件24係由跨第1、第2電極25、26間串列連接之保險絲元件27、及經由保險絲元件27之連接點通電並發熱而使保險絲元件27熔融之發熱體28構成的電路構成。又，保護元件24中，例如保險絲元件27經由第1、第2電極25、26而串列連 接於電池組30之充放電電流路徑上，發熱體28之一端連接於與保險絲元件27之連接點，發熱體28之另一端連接於開關元件1之導電體2。保護元件24之第1電極25連接於電池堆35之一開放端側，第2電極26連接於電池組30之正極端子30a側。
[熔斷步驟]
由此種電路構成形成之保護元件24於產生浸水或自電池之漏液等需要遮斷電池組30之電流路徑之情形時，利用液體滲入殼體4內之開關元件1使發熱體28通電、發熱。並且，保護元件24藉由發熱體28之發熱而使組入電池組30之電流路徑上之保險絲元件27熔斷。藉此，保護元件24可確切地使第1電極25~第2電極26之間熔斷，從而可遮斷電池組30之電流路徑。又，藉由使保險絲元件27熔斷，向發熱體28之供電亦停止。
如此，開關元件1係作為根據浸水或自電池之漏液等使保護元件24之發熱體28通電之控制元件發揮功能。因此，無需對發熱體28之通電進行控制之FET等控制元件。
再者，保護元件23、24除了與設於外部之開關元件1連接以外，如圖26(A)(B)所示，亦可內置開關元件1。又，保護元件23、24並不限於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氣信號遮斷電流路徑之各種用途。
1‧‧‧開關元件
2‧‧‧導電體
3‧‧‧反應部
4‧‧‧殼體

Claims (17)

  1. 一種開關元件，其具有：導電體，其連接於外部電路；及反應部，其具備液溶解性材料，該液溶解性材料使上述導電體與上述外部電路開放，且若與滲入元件內部之液體接觸則溶解，藉此使上述導電體與上述外部電路導通；上述導電體係經由上述液溶解性材料而連接於上述外部電路之開放端、或與上述外部電路之開放端連接之電極端子上，藉由上述液溶解性材料溶解，而與上述外部電路之開放端連接；上述導電體係由上述液溶解性材料被覆之複數個導電性粒子。
  2. 如申請專利範圍第1項之開關元件，其具有殼體，於上述殼體設有向上述反應部導入液體之導入口。
  3. 一種開關元件，其具有：導電體，其連接於外部電路；反應部，其具備液溶解性材料，該液溶解性材料使上述導電體與上述外部電路開放，且若與滲入元件內部之液體接觸則溶解，藉此使上述導電體與上述外部電路導通；以及殼體；於上述殼體設有向上述反應部導入液體之導入口、以及將流入之上述液體排出之排出口；上述排出口係設於與上述反應部之設置位置相同之高度、或較上述反應部之設置位置更上方。
  4. 如申請專利範圍第3項之開關元件，其中上述導電體係分別與上述外部電路之開放端連接且藉由利用上述液溶解性材料被覆而相互絕緣之至少2個導電體，藉由上述液溶解性材料溶解，而上述2個導電體連接。
  5. 如申請專利範圍第3項之開關元件，其中上述導電體係經由上述液溶解性材料而連接於上述外部電路之開放端、或與上述外部電路之開放端連接之電極端子上，藉由上述液溶解性材料溶解，而與上述外部電路之開放端連接。
  6. 如申請專利範圍第3項之開關元件，其中上述導電體分別係由上述外部電路之開放端、或與上述外部電路之開放端連接之、由筒狀之外部導體及設於上述外部導體之內部之內部導體構成，於上述外部導體與上述內部導體之間介置有上述液溶解性材料。
  7. 如申請專利範圍第2至6項中任一項之開關元件，其中上述殼體係由多面體構成，且於一個或複數個面設有一個或複數個上述導入口。
  8. 如申請專利範圍第2至6項中任一項之開關元件，其中上述殼體係形成為圓筒狀，且於側面形成有一個或複數個上述導入口。
  9. 如申請專利範圍第2至6項中任一項之開關元件，其中上述導入口設有向上述反應部導入上述液體之導入槽。
  10. 如申請專利範圍第9項之開關元件，其中 上述導入槽係自上述導入口之開口部至內部而逐漸狹窄化。
  11. 如申請專利範圍第2至6項中任一項之開關元件，其中上述殼體係於上述導入口實施撥水處理。
  12. 如申請專利範圍第9項之開關元件，其中上述殼體係於上述導入槽實施撥水處理。
  13. 如申請專利範圍第2至6項中任一項之開關元件，其中上述導入口係利用由上述液體溶解之水溶性材料閉塞。
  14. 如申請專利範圍第9項之開關元件，其中上述導入槽配置有由上述液體溶解之水溶性材料。
  15. 一種保護元件，其具有：第1、第2電極；發熱體；可熔導體，其跨接於上述第1、第2電極間，利用上述發熱體之發熱而熔斷；及開關部，其設於上述發熱體之供電路徑上；且上述開關部具有：導電體，其連接於上述發熱體之電源電路；及反應部，其具備液溶解性材料，該液溶解性材料使上述導電體與上述電源電路開放，且若與滲入元件內部之液體接觸則溶解，藉此使上述導電體與上述電源電路導通；上述導電體係經由上述液溶解性材料而連接於上述電源電路之開放端、或與上述電源電路之開放端連接之電極端子上，藉由上述液溶解性材料溶解，而與上述電源電路之開放端連接； 上述導電體係由上述液溶解性材料被覆之複數個導電性粒子。
  16. 一種保護元件，其具有：第1、第2電極；發熱體；可熔導體，其跨接於上述第1、第2電極間，利用上述發熱體之發熱而熔斷；及開關部，其設於上述發熱體之供電路徑上；且上述開關部具有：導電體，其連接於上述發熱體之電源電路；及反應部，其具備液溶解性材料，該液溶解性材料使上述導電體與上述電源電路開放，且若與滲入元件內部之液體接觸則溶解，藉此使上述導電體與上述電源電路導通；上述保護元件具有殼體，於上述殼體設有向上述反應部導入液體之導入口、以及將流入之上述液體排出之排出口；上述排出口係設於與上述反應部之設置位置相同之高度、或較上述反應部之設置位置更上方。
  17. 如申請專利範圍第15或16項之保護元件，其具有與上述發熱體及上述可熔導體連接之發熱體引出電極，且上述可熔導體構成上述發熱體之上述供電路徑。
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