TWI820279B - 保護元件及電池組 - Google Patents

Abstract

本發明提供一種可防止熔斷構件之浮動且防止可熔導體之變形，維持特定之電流容量及熔斷特性之保護元件及電池組。 保護元件1具備：可熔導體2；及連接於可熔導體2之一面之熔斷構件4，熔斷構件4具有：絕緣基板3；及變形抑制電極5，其形成於絕緣基板3之連接於可熔導體2之表面3a，與可熔導體2連接，抑制可熔導體2之變形。

Description

保護元件及電池組

本技術係關於藉由將電流路徑熔斷，而保護連接於電流路徑上之電路之保護元件及電池組。

可充電並重複使用之二次電池多被加工成電池組，並提供給使用者。尤其能量密度較高之鋰離子二次電池中，為確保使用者及電子機器之安全，一般而言，將過充電保護、過放電保護等多個保護電路內置於電池組，具有於特定之情況下阻斷電池組之輸出之功能。

於多數之使用鋰離子二次電池之電子裝置中，藉由使用內置於電池組之FET開關進行輸出之接通/斷開(ON/OFF)，而進行電池組之過充電保護或過放電保護動作。然而，因某些原因而使FET開關短路破壞之情形，施加雷電湧等，流動瞬間大電流之情形，或輸出電壓因電池單元之壽命而異常降低，或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著火等事故。因此，此種可設想之無論何種異常狀態下，為了將電池單元之輸出安全阻斷，皆使用包含具有藉由來自外部之信號將電流 路徑阻斷之功能之保險絲元件之保護元件。

作為適於此種鋰離子二次電池等之保護電路之保護元件，使用於保護元件內部具有發熱體，藉由發熱體之發熱將電流路徑上之可熔導體熔斷之構造。

[先前技術文獻] [專利文獻]

[專利文獻1]日本專利特開2015-53260號公報

鋰離子二次電池之用途於近年正擴大，並研討採用於更大電流之用途，例如電動驅動器等電動工具，或油電混合汽車、電動汽車、電動輔助自行車等輸送機器，已開始部分採用。該等用途中，尤其啟動時等，有流動如超過數10A~100A之大電流之情形。期望實現對應於此種大電流容量之保護元件。

為實現對應於此種大電流之保護元件，提案一種保護元件，其使用增大剖面積之可熔導體，於該可熔導體之表面，連接形成有發熱體之絕緣基板。

圖16(A)、(B)係顯示假設大電流用途之保護元件之一例之圖。圖16 所示之保護元件100係如下者：藉由於設置於電池之充放電電路等之外部電路之第1、第2外部連接電極101、102間連接可熔導體103，而構成該外部電路之一部分，於過電壓等異常時，藉由可熔導體103熔融，而將第1外部連接電極101與第2外部連接電極102間之電流路徑阻斷。

保護元件100具有：可熔導體103，其係跨及第1、第2外部連接電極101、102間而連接；及熔斷構件104，其連接於可熔導體103，具備使可熔導體103加熱熔融之發熱體。熔斷構件104具備：絕緣基板105，其配設於第1、第2外部連接電極101、102間；表面電極106，其形成於絕緣基板105之表面，與可熔導體103之一部分連接；發熱體107，其設置於絕緣基板105；及貫通孔110，其設置於絕緣基板105之厚度方向，與表面電極106連接。

貫通孔110於內部形成導電層，當可熔導體103熔融時，藉由毛細管現象而吸引可熔導體103之熔融導體。保護元件100為了對應於大電流用途，於藉由增大可熔導體103之剖面積，使熔融量增大之情形時，被貫通孔110吸引而熔融導體之體積減少，藉此可減輕阻斷時之熔融導體之飛散，防止絕緣電阻之降低，又，可防止因可熔導體103附著於搭載位置之周邊電路所致之短路故障。

此處，可熔導體103經由焊料109等接合材料而連接於第1、第2外部連接電極101、102及表面電極106上。因此，將保護元件100藉由回焊爐於外部電路基板上進行安裝之情形時，如圖17所示，該接合焊料109熔 融，穩定凝集，於表面電極106上浮動，故有熔斷構件104旋轉或傾倒等、無法固定於特定位置之虞。又，由於可熔導體103亦藉由回焊加熱而軟化，故若吸引構件104因熔融之接合焊料109浮動而不穩定，則有引起熔融之接合焊料109之張力不均等地施加於軟化之可熔導體103之變形之虞。

並且，保護元件100當可熔導體103變形時，電阻值產生偏差，可能產生無法獲得特定之電流容量，或無法獲得特定之熔斷特性等問題。

因此，本技術之目的在於提供一種可防止熔斷構件之浮動且防止可熔導體之變形，可維持特定之電流容量及熔斷特性之保護元件及電池組。

為解決上述問題，本技術之保護元件係具備：可熔導體；及連接於上述可熔導體之一面之熔斷構件，上述熔斷構件具有：絕緣基板；及變形抑制電極，其形成於上述絕緣基板之連接於上述可熔導體之表面，與上述可熔導體連接，抑制上述可熔導體之變形。

又，本技術之保護元件係具備：可熔導體；第1熔斷構件，其連接於上述可熔導體之一面；及第2熔斷構件，其連接於上述可熔導體之另一面，且上述第1熔斷構件具有：第1絕緣基板；及第1變形抑制電極，其形成於上述第1絕緣基板之連接於上述可熔導體之表面，與上述可熔導體連接，抑制上述可熔導體之變形，上述第2熔斷構件具有：第2絕緣基板；及 第2變形抑制電極，其形成於上述第2絕緣基板之連接於上述可熔導體之表面，與上述可熔導體連接，抑制上述可熔導體之變形。

又，本技術之電池組係具備：1個以上電池單元；保護元件，其連接於上述電池單元之充放電路徑上，將該充放電路徑阻斷；及電流控制元件，其檢測上述電池單元之電壓值，控制對上述保護元件之通電，上述保護元件具備：可熔導體，其連接於上述充放電路徑上；及熔斷構件，其連接於上述可熔導體之一面，上述熔斷構件具有：絕緣基板；及變形抑制電極，其形成於上述絕緣基板之連接於上述可熔導體之表面，與上述可熔導體連接，抑制上述可熔導體之變形，藉由上述可熔導體熔融，而將上述充放電路徑阻斷。

又，本技術之電池組係具備：1個以上電池單元；保護元件，其連接於上述電池單元之充放電路徑上，將該充放電路徑阻斷；及電流控制元件，其檢測上述電池單元之電壓值，控制對上述保護元件之通電，上述保護元件具備：可熔導體，其連接於上述充放電路徑上；第1熔斷構件，其連接於上述可熔導體之一面；及第2熔斷構件，其連接於上述可熔導體之另一面，上述第1熔斷構件具有：第1絕緣基板；及第1變形抑制電極，其形成於上述第1絕緣基板之連接於上述可熔導體之表面，與上述可熔導體連接，抑制上述可熔導體之變形，上述第2熔斷構件具有：第2絕緣基板；及第2變形抑制電極，其形成於上述第2絕緣基板之連接於上述可熔導體之表面，與上述可熔導體連接，抑制上述可熔導體之變形，藉由上述可熔導體熔融，而將上述充放電路徑阻斷。

根據本技術，變形抑制電極於熔斷構件與可熔導體之連接或保護元件對外部電路基板上之安裝中經回焊加熱等，使熔斷構件暴露於高溫環境時，可防止可熔導體之熱向絕緣基板側散熱而使可熔導體因蓄熱而變形。又，變形抑制電極暴露於回焊安裝等高溫環境時，限定因加熱而軟化成液狀之連接材浮動之區域。藉此，可防止絕緣基板隨著軟化之連接材之浮動而擺動使可熔導體變形。

1:保護元件

2:可熔導體

3:絕緣基板

3a:表面

3b:背面

4:熔斷構件

5:變形抑制電極

5a:小電極

6:表面電極

7:吸引孔

8:導電層

9:背面電極

10:發熱體

11:第1外部連接電極

12:第2外部連接電極

13:低熔點金屬層

14:高熔點金屬層

15:散熱電極

16a:側通孔

16b:通孔

17:外殼構件

18:絕緣層

19:第3外部連接電極

20:連接焊料

30:電池組

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: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

50:保護元件

100:保護元件

101:第1外部連接電極

102:第2外部連接電極

103:可熔導體

104:熔斷構件

105:絕緣基板

106:表面電極

107:發熱體

109:焊料

110:貫通孔

圖1係顯示適用本技術之保護元件之圖，(A)係省略外殼構件而顯示之俯視圖，(B)係剖視圖。

圖2係顯示適用圖1所示之本技術之保護元件之可熔導體熔斷之狀態之剖視圖。

圖3係顯示設置於絕緣基板之變形抑制電極之構成例之俯視圖。

圖4係顯示設置於絕緣基板之變形抑制電極之構成例之俯視圖。

圖5係顯示設置於絕緣基板之變形抑制電極之構成例之俯視圖。

圖6係顯示於側面形成有散熱電極之絕緣基板之圖，(A)係顯示絕緣基板之背面之仰視圖，(B)係顯示絕緣基板之表面之俯視圖。

圖7係顯示於側面及背面形成有散熱電極之絕緣基板之圖，(A)係顯示絕緣基板之背面之仰視圖，(B)係顯示絕緣基板之表面之俯視圖。

圖8係顯示形成有散熱電極及通孔之絕緣基板之圖，(A)係顯示絕緣基板之背面之仰視圖，(B)係顯示絕緣基板之表面之俯視圖。

圖9係顯示形成有散熱電極、側通孔及通孔之絕緣基板之圖，(A)係顯示絕緣基板之背面之仰視圖，(B)係顯示絕緣基板之表面之俯視圖。

圖10係顯示具有高熔點金屬層與低熔點金屬層，具備被覆構造之可熔導體之立體圖，係顯示將低熔點金屬層設為內層，以高熔點金屬層被覆之構造。

圖11係顯示使用保護元件之電池組之構成例之方塊圖。

圖12係適用本發明之保護元件之電路圖。

圖13係顯示具備複數個熔斷構件之保護元件之剖視圖，(A)係省略外殼構件而顯示之俯視圖，(B)係剖視圖。

圖14係顯示圖13所示之具備複數個熔斷構件之保護元件之電路圖。

圖15係顯示適用圖13所示之本技術之保護元件之可熔導體熔斷之狀態之剖視圖。

圖16係顯示假設大電流用途之保護元件之一例之圖，(A)係省略外殼構件而顯示之俯視圖，(B)係剖視圖。

圖17係顯示圖16所示之保護元件中，引起可熔導體變形之狀態之剖視圖。

以下，針對適用本技術之保護元件及電池組，一面參照圖式一面詳細說明。另，本技術並非僅限定於以下之實施形態，於不脫離本技術之要旨之範圍內，當然可進行各種變更。又，圖式為示意性者，存在各尺寸之比例等與現實者不同之情形。具體尺寸等應參酌以下之說明而判斷。又，當然包含圖式彼此間彼此之尺寸關係或比例不同之部分。

[第1實施形態]

適用本技術之保護元件1如圖1(A)、(B)所示，具有可熔導體2，及連接於可熔導體2之一面之熔斷構件4。熔斷構件4具有：絕緣基板3，其連接於可熔導體2之一面；及變形抑制電極5，其形成於絕緣基板3之連接於可熔導體2之表面3a，藉由與可熔導體2連接而抑制可熔導體2之變形。並且，保護元件1係如下者：藉由組入於外部電路，而使可熔導體2構成該外部電路之電流路徑之一部分，藉由後述之發熱體10之發熱，或因超出額定之過電流而熔斷，將電流路徑阻斷。

絕緣基板3係由例如氧化鋁、玻璃陶瓷、莫來石、氧化鋯等具有絕緣性之構件形成。此外，絕緣基板3亦可使用玻璃環氧基板、酚基板等之印刷配線基板所使用之材料。

又，絕緣基板3於表面3a連接可熔導體2，且當可熔導體2熔融時，形成熔融導體2a凝集之表面電極6。表面電極6經由連接焊料20等接合材料連接於可熔導體2。

表面電極6亦可形成吸引孔7。吸引孔7係當可熔導體2熔融時，藉由毛細管現象而吸引該熔融導體2a，使於表面電極6上保持之熔融導體2a之體積減少者(參照圖2)。保護元件1為了對應於大電流用途，藉由增大可熔導體2之剖面積，而增大熔融量之情形時，亦可藉由被吸引孔7吸引，而減少熔融導體2a之體積。藉此，保護元件1可減輕因可熔導體2熔斷時產生之 電弧放電所致之熔融導體2a飛散，防止絕緣電阻降低，又，防止因可熔導體2附著於搭載位置之周邊電路所致之短路故障。

吸引孔7於內表面形成有導電層8。藉由形成導電層8，吸引孔7可容易吸引熔融導體2a。導電層8係藉由例如銅、銀、金、鐵、鎳、鈀、鉛、錫之任一者，或以任一者為主成分之合金形成，可藉由電解鍍敷或導電膏之印刷等眾所周知之方法，形成吸引孔7之內表面。又，導電層8亦可藉由將複數條金屬線，或具有導電性之帶的集合體插入吸引孔7內而形成。

又，吸引孔7較佳形成為於絕緣基板3之厚度方向貫通之貫通孔。藉此，吸引孔7可將熔融導體2a吸引至絕緣基板3之背面3b側，可吸引更多之熔融導體2a，減少熔斷部位之熔融導體2a之體積。另，吸引孔7亦可形成為非貫通孔。

吸引孔7之導電層8與形成於絕緣基板3之表面3a之表面電極6連續。表面電極6支持可熔導體2，且熔融導體2a凝集，故藉由表面電極6與導電層8連續，而可容易將熔融導體2a引導至吸引孔7內。

又，於絕緣基板3之背面3b，形成有與吸引孔7之導電層8連接之背面電極9。藉由背面電極9與導電層8連續，若可熔導體2熔融，則經由吸引孔7移動之熔融導體2a凝集(參照圖2)。藉此，保護元件1可吸引更多之熔融導體2a，可減少熔斷部位之熔融導體2a之體積。

另，保護元件1亦可藉由形成複數個吸引孔7，而增加吸引可熔導體2之熔融導體2a之路徑，吸引更多之熔融導體2a，從而減少熔斷部位之熔融導體2a之體積。

[變形抑制電極]

於絕緣基板3之表面3a，形成有抑制可熔導體2之變形的變形抑制電極5。變形抑制電極5經由連接焊料20等接合材料，與可熔導體2連接。並且，變形抑制電極5於熔斷構件4與可熔導體2之連接或保護元件1對外部電路基板上之安裝中經回焊加熱等，使熔斷構件4暴露於高溫環境時，可防止可熔導體2之熱向絕緣基板3側放熱而使可熔導體2因蓄熱而變形。

又，變形抑制電極5暴露於回焊安裝等高溫環境時，限定因加熱而軟化成液狀之連接焊料20浮動之區域。藉此，可防止絕緣基板3隨著軟化之連接焊料之浮動而擺動使可熔導體2變形。

變形抑制電極5經由連接焊料20與可熔導體2之一部分連接，藉此謀求可熔導體2之散熱，又，防止絕緣基板3之擺動。因此，如圖3~5所示，變形抑制電極5較佳在與可熔導體2之連接部位，形成複數個小電極5a。藉由形成複數個小電極5a，而於該連接部位，變形抑制電極5形成為小面積化之小電極5a之集合，故實質上與1個大面積電極同樣地，較大確保與可熔導體2之接觸面積，且將軟化之連接焊料20之浮動區域限定在細分化成小面積之變形抑制電極5之各小電極5a之面積內。因此，變形抑制電極5可維持可熔導體2之散熱特性，且抑制連接焊料20之浮動，抑制絕 緣基板3對於可熔導體2之擺動。

此處，所謂變形抑制電極5與可熔導體2之連接部位，是指藉由複數個小電極5a鄰接設置而辨識為歸攏存在之部位，例如如圖3~圖5所示，是指藉由於隔著表面電極6之兩側接近配置各2~3個小電極5a，而可分別於各處辨識為歸攏存在般之部位。變形抑制電極5藉由在與可熔導體2之連接部位，由複數個小電極5a構成，可使各小電極5a之面積狹小化，可限定藉此軟化之連接焊料20之浮動區域。

作為各小電極5a之面積及與鄰接之小電極5a之距離，要求可保持軟化成液狀之連接焊料20之大小，且鄰接之小電極5a不與連接焊料20成一體，係根據可熔導體2及絕緣基板3之大小或形狀、連接焊料20之塗佈量等而適當設計。

又，如圖3所示，變形抑制電極5較佳形成於絕緣基板3之外周側。可熔導體2橫跨搭載於絕緣基板3之表面3a之相對向的一對側緣間，連接於設置於表面3a之大致中央之表面電極6。因此，藉由變形抑制電極5形成於絕緣基板3之外周側，而可與表面電極6一起跨及可熔導體2之長邊方向，確實連接絕緣基板3。又，絕緣基板3由於來自外周側之散熱量較多，故與形成有表面電極6之中央部相比，散熱性較高，藉由將變形抑制電極5形成於絕緣基板3之外周側，而可效率良好地將可熔導體2之熱散熱。

又，變形抑制電極5較佳於絕緣基板3之外周側，藉由複數個小電極 5a構成。

又，變形抑制電極5較佳分別形成於絕緣基板3之可熔導體2所橫跨之一對側緣側。藉此，於介隔表面電極6之兩側設置變形抑制電極5，跨及可熔導體2之長邊方向於3處連接，可確實連接絕緣基板3。又，由於分別形成於絕緣基板3之可熔導體2所橫斷之一對側緣側，故可有效防止絕緣基板3之介隔表面電極6之兩側擺動。再者，由於在散熱性優良之絕緣基板3之兩外周側形成變形抑制電極5，故可更效率良好地將可熔導體2之熱散熱。

另，分別形成於絕緣基板3之一對側緣側之情形時，各變形抑制電極5亦較佳藉由複數個小電極5a構成。

此處，變形抑制電極5或構成變形抑制電極5之小電極5a，較佳形成為將可熔導體2之寬度方向設為長邊方向之矩形。變形抑制電極5或小電極5a係於可熔導體2熔斷時，可熔導體2之熔融導體2a及熔融之接合焊料凝集。因此，若將成為通電方向之可熔導體2之長邊方向設為長邊方向，由於凝集於變形抑制電極5或小電極5a之熔融導體2a，於可熔導體2之長邊方向堆積，故亦有降低絕緣電阻之虞。

因此，保護元件1藉由將變形抑制電極5或小電極5a形成為將可熔導體2之寬度方向設為長邊方向之矩形，而使可熔導體2之熔融導體2a不於通電方向擴展，可提高熔斷後之絕緣電阻。

又，變形抑制電極5較佳為複數個小電極5a並排於可熔導體2之寬度方向，與可熔導體2重疊。藉由複數個小電極5a並排於可熔導體2之寬度方向，而與上述同樣地，可熔導體2之熔融導體2a不於通電方向擴展，可提高熔斷後之絕緣電阻。又，藉由將各小電極5a與可熔導體重疊，而可提高絕緣基板3與可熔導體2之連接性、散熱性。

此時，各小電極5a亦形成為將可熔導體2之寬度方向設為長邊方向之矩形，於提高絕緣電阻方面較佳。

此時，變形抑制電極5亦可於較可熔導體2之寬度方向之側緣更外側延伸。藉由變形抑制電極5或小電極5a與可熔導體2重疊，且於可熔導體2之寬度方向延伸形成，而可將可熔導體2之熱自不與可熔導體2重疊之部位效率良好地散熱。

[散熱電極]

另，如圖6所示，變形抑制電極5或小電極5a亦可於絕緣基板3之側面，形成與變形抑制電極5或小電極5a連續之散熱電極15。圖6(A)係顯示於絕緣基板3之側面形成散熱電極15之絕緣基板3之背面3b之仰視圖，圖6(B)係顯示於絕緣基板3之側面形成散熱電極15之絕緣基板3之表面3a之俯視圖。散熱電極15可以與變形抑制電極5或小電極5a相同之材料形成。此時，變形抑制電極5或小電極5a亦可於絕緣基板3之側面形成以與上述導電層8相同之材料形成有導電層之側通孔16a。熔斷構件4藉由具備散熱電極15，而可增加變形抑制電極5或小電極5a之熱容量，提高可熔導體2之熱 的散熱效果。

又，熔斷構件4亦可於絕緣基板3之側面及背面3b形成散熱電極15，與變形抑制電極5或小電極5a連續。圖7(A)係顯示於絕緣基板3之側面及背面3b形成有散熱電極15之絕緣基板3之背面3b之仰視圖，圖7(B)係顯示於絕緣基板3之側面及背面3b形成有散熱電極15之絕緣基板3之表面3a之俯視圖。圖7(A)、(B)所示之熔斷構件4係對形成於絕緣基板之表面3a之每小電極5a，於絕緣基板3之側面及背面3b形成散熱電極15，各小電極5a與各散熱電極15經由側通孔16a連續。側通孔16a形成有以與上述導電層8相同之材料形成之導電層。藉此，各小電極5a與各散熱電極15經由側通孔16a熱連接。熔斷構件4除小電極5a外，還具備側通孔16a及形成於絕緣基板3之側面及背面3b之散熱電極15，藉此可進而增加變形抑制電極5之熱容量，提高可熔導體2之熱的散熱效果。

另，變形抑制電極5或小電極5a與散熱電極15除了以側通孔16a連續以外，如圖8(A)、(B)所示，亦可經由通孔16b連續。圖8(A)係顯示形成有散熱電極15及通孔16b之絕緣基板3之背面之仰視圖，圖8(B)係顯示形成有散熱電極15及通孔16b之絕緣基板3之表面之俯視圖。通孔16b亦形成以與上述導電層8相同之材料形成之導電層，藉此，各小電極5a與各散熱電極15經由通孔16b熱連接。另，圖8所示之熔斷構件4中，通孔16b可藉由構成導電層之導電材料等導電材料填充，亦可不填充。又，圖8所示之熔斷構件4中，可於絕緣基板3之側面設置散熱電極15，亦可不設置。

又，如圖9(A)、(B)所示，變形抑制電極5或小電極5a與散熱電極15亦可經由側通孔16a及通孔16b連續。圖9(A)係顯示形成有散熱電極15、側通孔16a及通孔16b之絕緣基板3之背面之仰視圖，圖9(B)係顯示形成有散熱電極15、側通孔16a及通孔16b之絕緣基板3之表面之俯視圖。圖9所示之熔斷構件4於絕緣基板3之側面及背面3b形成有散熱電極15。另，圖9所示之熔斷構件4中，通孔16b可藉由構成導電層之導電材料等導電材料填充，亦可不填充。

[可熔導體]

接著，針對可熔導體2進行說明。可熔導體2係如下者：跨及第1及第2外部連接電極11、12之間而安裝，藉由利用發熱體10通電之發熱，或利用超過額定之電流通電自發熱(焦耳熱)而熔斷，將第1外部連接電極11與第2外部連接電極12間之電流路徑阻斷。

可熔導體2只要為藉由利用發熱體10通電之發熱，或過電流狀態而熔融之導電性材料即可，除例如SnAgCu系無鉛焊料外，可使用BiPbSn合金、BiPb合金、BiSn合金、SnPb合金、PnIn合金、ZnAl合金、InSn合金、PbAgSn合金等。

又，可熔導體2亦可為含有高熔點金屬與低熔點金屬之構造體。例如如圖10所示，可熔導體2係包含內層與外層之積層構造體，具有作為內層之低熔點金屬層13，及積層於低熔點金屬層13之作為外層之高熔點金屬層14。可熔導體2經由連接焊料20等接合材料，連接於第1、第2外部連接 電極11、12、表面電極6及變形抑制電極5上。

低熔點金屬層13較佳為焊料或以Sn為主成分之金屬，係一般稱為「無鉛焊料」之材料。低熔點金屬層13之熔點亦可無需高於回焊爐之溫度，而於200℃左右熔融。高熔點金屬層14係積層於低熔點金屬層13之表面之金屬層，例如為Ag或Cu或以該等中之任一者為主成分之金屬，於藉由回焊進行熔斷構件4與可熔導體2之連接或保護元件1對外部電路基板上之安裝之情形時，亦具有不熔融之高熔點。

此種可熔導體2可藉由於低熔點金屬箔，使用鍍敷技術成膜高熔點金屬層而形成，或亦可使用其他眾所周知之積層技術、膜形成技術而形成。此時，可熔導體2可設為藉由高熔點金屬層14被覆低熔點金屬層13之全面之構造，亦可為除相對向之一對側面外經被覆之構造。另，可熔導體2亦可構成為將高熔點金屬層14設為內層，將低熔點金屬層13設為外層，又，可藉由低熔點金屬層與高熔點金屬層交替積層之3層以上之多層構造之於外層之一部分設置開口部而使內層之一部分露出等之各種構成而形成。

可熔導體2藉由於成為內層之低熔點金屬層13上，積層作為外層之高熔點金屬層14，而於回焊溫度超過低熔點金屬層13之熔融溫度之情形時，作為可熔導體2亦不至於熔斷。因此，可藉由回焊，效率良好地進行熔斷構件4與可熔導體2之連接或保護元件1對外部電路基板上之安裝。

又，可熔導體2於特定之額定電流流動期間，亦不會因自發熱而熔斷。並且，若流動高於額定之值的電流，則藉由自發熱而熔融，阻斷第1、第2外部連接電極11、12間之電流路徑。又，藉由發熱體10通電發熱而熔融，而阻斷第1、第2外部連接電極11、12間之電流路徑。

此時，可熔導體2藉由熔融之低熔點金屬層13侵蝕高熔點金屬層14，而使高熔點金屬層14以低於熔融溫度之溫度熔解。因此，可熔導體2可利用低熔點金屬層13對高熔點金屬層14之侵蝕作用，以短時間熔斷。又，可熔導體2之熔融導體2a除了藉由上述吸引孔7之吸引作用以外，亦藉由表面電極6、變形抑制電極5及第1、第2外部連接電極11、12之物理引入作用而被分斷，故可迅速且確實地阻斷第1、第2外部連接電極11、12間之電流路徑。

又，可熔導體2較佳形成為使低熔點金屬層13之體積多於高熔點金屬層14之體積。可熔導體2藉由利用過電流之自發熱或發熱體10之發熱而被加熱，藉由低熔點金屬熔融而熔蝕高熔點金屬，藉此可迅速地熔融、熔斷。因此，藉由使可熔導體2形成為低熔點金屬層13之體積多於高熔點金屬層14之體積，而可促進該熔蝕作用，迅速將第1、第2外部連接電極11、12間阻斷。

又，由於可熔導體2係於成為內層之低熔點金屬層13上積層高熔點金屬層14而構成，故可較先前之包含高熔點金屬之晶片保險絲等更大幅減低熔斷溫度。因此，可熔導體2與相同尺寸之晶片保險絲等相比，可增大剖 面積，可大幅提高額定電流。又，可謀求較具有相同額定電流之先前之晶片保險絲更小型化、薄型化，迅速熔斷性優良。

又，可熔導體2可提高對於組入有保護元件1之電性系統瞬間施加異常高電壓之突波之耐性(耐脈衝性)。即，可熔導體2於如例如100A之電流流動數msec之情形之前不會熔斷。該方面由於極短時間流動之大電流流動於導體之表層(皮層效應)，且由於可熔導體2設有電阻值較低之鍍Ag等高熔點金屬層14作為外層，故易流動藉由突波而施加之電流，可防止因自發熱所致之熔斷。因此，可熔導體2與先前之包含焊料合金之保險絲相比，可大幅提高對於突波之耐性。

另，為了防止氧化，及提高熔斷時之濡濕性等，可熔導體2亦可塗佈助焊劑(未圖示)。又，保護元件1藉由絕緣基板3被外殼構件17覆蓋，而保護其內部。外殼構件17與上述絕緣基板3同樣，可使用例如各種工程塑料、熱可塑性塑料、陶瓷、玻璃環氧基板等具有絕緣性之構件形成。

[發熱體]

將可熔導體2熔斷之發熱體10係當電阻值比較高地通電時發熱之具有導電性之構件，包含例如鎳鉻合金、W、Mo、Ru、Cu、Ag或以該等為主成分之合金等。可藉由將該等合金或組成物、化合物之粉狀體與樹脂黏合劑等混合成漿狀者，使用絲網印刷技術，於絕緣基板3之背面3b圖案形成、焙燒等而形成。

發熱體10於絕緣基板3之背面3b上由絕緣層18被覆。於絕緣層18上，貫通形成有導電層8之吸引孔7，積層背面電極9。絕緣層18係用以謀求發熱體10之保護及絕緣，且經由導電層8及絕緣基板3將發熱體10之熱效率良好地傳遞至表面電極6及可熔導體2而設置，包含例如玻璃層。另，導電層8及背面電極9藉由發熱體10被加熱，藉此可容易將可熔導體2之熔融導體2a吸引至吸引孔7內，且容易凝集於背面電極9上。因此，保護元件1可促進自表面電極6經由導電層8將熔融導體2a吸引至背面電極9之作用，確實將可熔導體2熔斷。

發熱體10係一端與背面電極9連接，經由導電層8及表面電極6，與搭載於表面電極6上之可熔導體2電性連接。又，發熱體10係另一端與未圖示之發熱體電極連接。發熱體電極形成於絕緣基板3之背面3b，且與形成於背面3b之第3外部連接電極19連接，經由該第3外部連接電極19與外部電路連接。並且，保護元件1藉由安裝於構成外部電路之電路基板，而組入於經由第3外部連接電極19對於電路基板形成有發熱體10的發熱體10之饋電路徑。

另，保護元件1亦可將發熱體10形成於積層在絕緣基板3之背面3b之絕緣層18之內部。又，保護元件1亦可將發熱體10形成於絕緣基板3之內部。該等情形時，發熱體10係一端與表面電極6或背面電極9連接，與搭載於表面電極6上之可熔導體2電性連接。又，發熱體10係另一端經由未圖示之發熱體電極與第3外部連接電極19連接。

另，發熱體10形成於絕緣基板3之表面3a、背面3b或內部之任一者之情形時，均係形成於吸引孔7之兩側，此就加熱表面電極6及背面電極9，且凝集、吸引更多熔融導體2a之方面係較佳。

[電路構成例]

如圖11所示，此種保護元件1係組入於例如鋰離子二次電池之電池組30內之電路而使用。電池組30具有例如包含合計4個鋰離子二次電池之電池單元31~34之電池堆35。

電池組30具備：電池堆35；充放電控制電路40，其控制電池堆35之充放電；適用本發明之保護元件1，其於電池堆35之異常時將充電阻斷；檢測電路36，其檢測各電池單元31~34之電壓；及電流控制元件37，其成為對應於檢測電路36之檢測結果，控制保護元件1動作之開關元件。

電池堆35係需要用以保護免受過充電或過放電狀態之控制之電池單元31~34串聯連接者，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，施加來自充電裝置45之充電電壓。藉由充電裝置45充電之電池組30藉由將正極端子30a、負極端子30b連接於以電池動作之電子機器，而可使該電子機器動作。

充放電控制電路40具備：2個電流控制元件41、42，其等串聯連接於電池堆35與充電裝置45間之電流路徑；及控制部43，其控制該等電流控制元件41、42之動作。電流控制元件41、42藉由例如場效電晶體(以下稱 為FET)構成，藉由控制部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阻斷。控制部43自充電裝置45接收電力供給而動作，對應於檢測電路36之檢測結果，於電池堆35過放電或過充電時，以將電流路徑阻斷之方式，控制電流控制元件41、42之動作。

保護元件1連接於例如電池堆35與充放電控制電路40間之充放電電流路徑上，藉由電流控制元件37控制其動作。

檢測電路36與各電池單元31~34連接，檢測各電池單元31~34之電壓值，將各電壓值供給於充放電控制電路40之控制部43。又，檢測電路36於任一個電池單元31~34成為過充電電壓或過放電電壓時，輸出控制電流控制元件37之控制信號。

電流控制元件37由例如FET構成，藉由自檢測電路36輸出之檢測信號，於電池單元31~34之電壓值成為超過特定之過放電或過充電狀態之電壓時，使保護元件1動作，以不藉由電流控制元件41、42之開關動作，而阻斷電池堆35之充放電電流路徑之方式進行控制。

包含如上構成之電池組30所使用之適用本發明之保護元件1，具有如圖12所示之電路構成。即，保護元件1係第1外部連接電極11與電池堆35側連接，第2外部連接電極12與正極端子30a側連接，藉此可熔導體2串聯連接於電池堆35之充放電路徑上。又，保護元件1係發熱體10經由發熱體 電極及第3外部連接電極19，與電流控制元件37連接，且發熱體10與電池堆35之開放端連接。藉此，發熱體10係一端經由表面電極6與可熔導體2及電池堆35之一開放端連接，另一端經由第3外部連接電極19與電流控制元件37及電池堆35之另一開放端連接，形成對藉由電流控制元件37控制通電之發熱體10之饋電路徑。

[保護元件之動作]

若對電池組30通電超過額定之過電流，則保護元件1使可熔導體2藉由自發熱而熔融，將電池組30之充放電路徑阻斷。此時，由於保護元件1於絕緣基板3上設有變形抑制電極5及表面電極6，故將可熔導體2之熔斷部位限定在變形抑制電極5與表面電極6間之狹小區域。因此，保護元件1為了對應於大電流用途而增大可熔導體2之剖面積之情形時，亦可減少阻斷時之熔融導體2a之體積，減輕因電弧放電所致之熔融導體2a之飛散，提高絕緣電阻，又，可減低阻斷時施加於絕緣基板3之衝擊，抑制絕緣基板3之破壞。

另，保護元件1於絕緣基板3形成有吸引孔7之情形時，熔融導體2a藉由毛細管現象經由表面電極6被吸引孔7吸引。因此，於為對應大電流用途而增加可熔導體2之剖面積之情形時，亦進而減少阻斷時之熔融導體2a之體積，實現絕緣電阻之提高，又，可減低對絕緣基板之衝擊。又，保護元件1藉由使可熔導體2含有高熔點金屬與低熔點金屬而形成，而讓高熔點金屬熔斷前低熔點金屬熔融，而可使可熔導體2以短時間熔解。

又，一旦檢測電路36檢測出電池單元31~34之任一者之異常電壓，便會向電流控制元件37輸出阻斷信號。於是，電流控制元件37以對發熱體10通電之方式控制電流。保護元件1自電池堆35經由第1外部連接電極11、可熔導體2及表面電極6，向發熱體10流動電流，因此發熱體10開始發熱。保護元件1係藉由發熱體10之發熱而使可熔導體2熔斷，將電池堆35之充放電路徑阻斷。

此時，由於保護元件1於絕緣基板3上設有變形抑制電極5及表面電極6，故將可熔導體2之熔斷部位限定在變形抑制電極5與表面電極6間之狹小區域，且將發熱體10之熱經由變形抑制電極5與表面電極6傳遞至可熔導體2。因此，保護元件1於為對應大電流用途而增大可熔導體2之剖面積之情形時，亦可使熱集中於變形抑制電極5與表面電極6間之熔斷部位，確實將電池組30之充放電路徑阻斷。

又，保護元件1於絕緣基板3形成有吸引孔7之情形時，熔融導體2a藉由毛細管現象經由表面電極6被吸引孔7吸引。因此，為了對應於大電流用途而增大可熔導體2之剖面積之情形時，亦可進而減少積存於表面電極6上之熔融導體2a之體積，使可熔導體2迅速熔斷，且提高絕緣電阻。又，保護元件1藉由使可熔導體2含有高熔點金屬與低熔點金屬而形成，而可利用熔融之低熔點金屬對高熔點金屬之熔蝕作用，使可熔導體2於短時間熔解。

另，保護元件1由於藉由可熔導體2熔斷，而阻斷對發熱體10之饋電 路徑，故發熱體10之發熱停止。

如此，保護元件1係藉由可熔導體2因過電流之自發熱，或發熱體10之通電所需要之發熱而使可熔導體2熔斷。此時，保護元件1於對電路基板之回焊安裝時，或安裝有保護元件1之電路基板進而暴露於回焊加熱等高溫環境下之情形時，亦藉由變形抑制電極5而將可熔導體2之熱散熱，又，將包含複數個經狹小化之小電極5a之變形抑制電極5形成於絕緣基板3，限定實現與可熔導體2連接之連接焊料20之浮動區域，故穩定地保持熔斷構件4，抑制可熔導體2之變形。因此，可防止因可熔導體2之變形所致之電阻值變動等引起之熔斷特性之變動，可藉由特定之過電流或發熱體10之發熱而迅速熔斷。

本發明之保護元件1不限於使用於鋰離子二次電池之電池組之情形，當然可應用於需要利用電性信號阻斷電流路徑之各種用途中。

[第2實施形態]

接著，使用圖13，針對適用本技術之保護元件之第2實施形態進行說明。另，以下之說明中，對與上述保護元件1相同之構件標註相同符號，省略其細節。圖13(A)、(B)所示之保護元件50係上述熔斷構件4分別配設於可熔導體2之一面及另一面。圖14係保護元件50之電路圖。配設於可熔導體2之表面及背面之各熔斷構件4分別係發熱體10之一端經由形成於各絕緣基板3之表面電極6與可熔導體2連接，發熱體10之另一端經由形成於各絕緣基板3之第3外部連接電極19，連接於用以使發熱體10發熱之電 源。

保護元件50於可熔導體2之一面及另一面上，經由各連接焊料20連接之熔斷構件4，係於絕緣基板3連接變形抑制電極5。因此，各熔斷構件4在與可熔導體2連接時或保護元件1安裝於外部電路基板上時等中經回焊加熱等暴露於高溫環境時，亦可防止將可熔導體2之熱向各絕緣基板3側散熱而使可熔導體2因蓄熱而變形。

又，變形抑制電極5暴露於回焊安裝等高溫環境時，限定因加熱而軟化成液狀之連接焊料20浮動之區域。藉此，可防止各絕緣基板3隨著軟化之連接焊料之浮動而擺動使可熔導體2變形。

又，如圖15所示，保護元件50藉由發熱體10之發熱而將可熔導體2熔斷時，連接於可熔導體2之兩面之各熔斷構件4、4之發熱體10發熱，自可熔導體2之兩面進行加熱。因此，保護元件50為了對應於大電流用途，而增大可熔導體2之剖面積之情形時，亦可迅速加熱可熔導體2，並使之熔斷。

又，保護元件50於各熔斷構件4之絕緣基板3形成有吸引孔7之情形時，將熔融導體2a自可熔導體2之兩面吸引至各貫通孔58內。因此，保護元件50為了對應於大電流用途，而增大可熔導體2之剖面積，大量產生熔融導體2a之情形時，亦藉由複數個熔斷構件4而吸引，可確實使可熔導體2熔斷。又，保護元件50藉由複數個熔斷構件4吸引熔融導體2a，藉此可使 可熔導體2更迅速熔斷。

保護元件50使用以高熔點金屬被覆構成內層之低熔點金屬之被覆構造作為可熔導體2之情形時，亦可使可熔導體2迅速熔斷。即，以高熔點金屬被覆之可熔導體2於發熱體10發熱之情形時，外層之高熔點金屬加熱至熔融之溫度亦需要時間。此處，保護元件50具備複數個熔斷構件4，藉由使各發熱體10同時發熱，而可將外層之高熔點金屬迅速加熱至熔融溫度。因此，根據保護元件50，可增厚構成外層之高熔點金屬之厚度，可實現進而高額定化，且維持迅速熔斷特性。

又，如圖14所示，保護元件50較佳為一對熔斷構件4、4對向，連接於可熔導體2。藉此，保護元件50可藉一對熔斷構件4、4，自兩面側同時加熱可熔導體2之同一部位，且吸引熔融導體2a，可迅速加熱可熔導體2，並使之熔斷。

此時，保護元件50較佳係形成於一對熔斷構件4、4之各絕緣基板3之變形抑制電極5經由可熔導體2互相對向。藉此，可促進與絕緣基板3之連接位置之散熱，抑制可熔導體2之軟化，提高對因熔斷構件4之擺動所致之變形之耐性。又，藉由使一對熔斷構件4對稱連接，而不會使對可熔導體2施加負荷者失去平衡，可提高對於變形之耐性。

1:保護元件

2:可熔導體

3:絕緣基板

3a:表面

4:熔斷構件

5:變形抑制電極

6:表面電極

7:吸引孔

8:導電層

9:背面電極

10:發熱體

11:第1外部連接電極

12:第2外部連接電極

18:絕緣層

19:第3外部連接電極

20:連接焊料

Claims (14)

1. 一種保護元件，其包含：可熔導體；及熔斷構件，其連接於上述可熔導體之一面，上述熔斷構件包含：絕緣基板；及變形抑制電極，其形成於上述絕緣基板之連接於上述可熔導體之表面，與上述可熔導體連接，上述變形抑制電極係在與上述可熔導體之連接部位，藉由複數個小電極構成，上述變形抑制電極抑制上述可熔導體熔斷前之上述可熔導體自己的變形。
2. 如請求項1之保護元件，其中上述可熔導體係跨及上述絕緣基板之上述表面相對向之一對側緣而搭載，上述變形抑制電極形成於上述絕緣基板之外周側。
3. 如請求項2之保護元件，其中上述變形抑制電極分別形成於上述絕緣基板之上述一對側緣側。
4. 如請求項2之保護元件，其中上述變形抑制電極形成為將上述可熔導體之寬度方向設為長邊方向之矩形。
5. 如請求項1至4中任一項之保護元件，其中複數個上述小電極於上述可熔導體之寬度方向排列，與上述可熔導體重疊。
6. 如請求項1至4中任一項之保護元件，其中上述變形抑制電極於較上述可熔導體之寬度方向之側緣更向外側延伸。
7. 如請求項1至4中任一項之保護元件，其包含：發熱體，其形成於上述絕緣基板，使上述可熔導體熔融；表面電極，其形成於上述絕緣基板之上述表面，與上述發熱體及上述可熔導體連接；及發熱體電極，其形成於上述絕緣基板，與對上述發熱體饋電之外部電源連接。
8. 如請求項7之保護元件，其中於上述表面電極，開口有吸引熔融之上述可熔導體之吸引孔，上述吸引孔於內表面形成與上述表面電極連接之導電層，且係設置於上述絕緣基板之厚度方向之貫通孔或非貫通孔。
9. 如請求項8之保護元件，其中上述吸引孔為貫通孔，於上述絕緣基板之背面，形成有與上述導電層連接之背面電極。
10. 如請求項1至4中任一項之保護元件，其包含：第1外部連接電極；及第2外部連接電極，上述可熔導體係跨及上述第1外部連接電極與上述第2外部連接電極間而連接， 藉由上述可熔導體熔融，而將上述第1外部連接電極與上述第2外部連接電極間之電流路徑阻斷。
11. 一種保護元件，其包含：可熔導體；第1熔斷構件，其連接於上述可熔導體之一面；及第2熔斷構件，其連接於上述可熔導體之另一面，且上述第1熔斷構件包含：第1絕緣基板；及第1變形抑制電極，其形成於上述第1絕緣基板之連接於上述可熔導體之表面，與上述可熔導體連接，上述第2熔斷構件包含：第2絕緣基板；及第2變形抑制電極，其形成於上述第2絕緣基板之連接於上述可熔導體之表面，與上述可熔導體連接，上述第1變形抑制電極及上述第2變形抑制電極係在與上述可熔導體之連接部位，藉由複數個小電極構成，上述第1變形抑制電極及上述第2變形抑制電極抑制上述可熔導體熔斷前之上述可熔導體自己的變形。
12. 如請求項11之保護元件，其中形成於上述第1、第2絕緣基板之上述第1、第2變形抑制電極，介隔上述可熔導體互相對向。
13. 一種電池組，其包含：1個以上電池單元；保護元件，其連接於上述電池單元之充放電路徑上，將該充放電路徑阻斷；及 電流控制元件，其檢測上述電池單元之電壓值，控制對上述保護元件之通電，上述保護元件包含：可熔導體，其連接於上述充放電路徑上；及熔斷構件，其連接於上述可熔導體之一面，上述熔斷構件包含：絕緣基板；及變形抑制電極，其形成於上述絕緣基板之連接於上述可熔導體之表面，與上述可熔導體連接，上述變形抑制電極係在與上述可熔導體之連接部位，藉由複數個小電極構成，上述變形抑制電極抑制上述可熔導體熔斷前之上述可熔導體自己的變形，藉由上述可熔導體熔融，而將上述充放電路徑阻斷。
14. 一種電池組，其包含：1個以上電池單元；保護元件，其連接於上述電池單元之充放電路徑上，將該充放電路徑阻斷；及電流控制元件，其檢測上述電池單元之電壓值，控制對上述保護元件之通電，上述保護元件包含：可熔導體，其連接於上述充放電路徑上；第1熔斷構件，其連接於上述可熔導體之一面；及第2熔斷構件，其連接於上述可熔導體之另一面，上述第1熔斷構件包含：第1絕緣基板；及第1變形抑制電極，其形成 於上述第1絕緣基板之連接於上述可熔導體之表面，與上述可熔導體連接，上述第2熔斷構件包含：第2絕緣基板；及第2變形抑制電極，其形成於上述第2絕緣基板之連接於上述可熔導體之表面，與上述可熔導體連接，上述第1變形抑制電極及上述第2變形抑制電極係在與上述可熔導體之連接部位，藉由複數個小電極構成，上述第1變形抑制電極及上述第2變形抑制電極抑制上述可熔導體熔斷前之上述可熔導體自己的變形，藉由上述可熔導體熔融，而將上述充放電路徑阻斷。