WO2015064089A1 - 保護回路、バッテリ回路、保護素子、保護素子の駆動方法 - Google Patents

保護回路、バッテリ回路、保護素子、保護素子の駆動方法 Download PDF

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electrode
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soluble conductor
conductor
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貴史 藤畑
幸市 向
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    • H01H37/76—Contact member actuated by melting of fusible material, actuated due to burning of combustible material or due to explosion of explosive material
    • H01H37/761—Contact member actuated by melting of fusible material, actuated due to burning of combustible material or due to explosion of explosive material with a fusible element forming part of the switched circuit
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
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    • Y02E60/10—Energy storage using batteries

Definitions

  • the present invention relates to a protection element that cuts off a current path, and particularly to a protection circuit, a battery circuit, a protection element, and a protection element suitable for use in a circuit that needs to cut off a current path quickly in an emergency such as a lithium ion battery.
  • the present invention relates to a driving method.
  • a battery pack incorporates a number of protection circuits such as overcharge protection and overdischarge protection, It has a function of shutting off the output of the battery pack in a predetermined case.
  • This type of protection circuit performs overcharge protection or overdischarge protection operation of the battery pack by turning on / off the output using an FET switch built in the battery pack.
  • FET switch When the FET switch is short-circuited for some reason, when a lightning surge or the like is applied and an instantaneous large current flows, the output voltage drops abnormally due to the life of the battery cell, or conversely an excessively abnormal voltage
  • a protective element made of a fuse element having a function of cutting off a current path by a signal from the outside is used in order to safely cut off the output of the battery cell in any possible abnormal state.
  • a protection element of a protection circuit for such a lithium ion secondary battery or the like a structure having a heating element inside the protection element and melting a soluble conductor on a current path by this heating element is generally used. Yes.
  • FIG. 10 shows a protective element 50 as a related technique of the present invention.
  • the protective element 50 includes an insulating substrate 51, a heating element 53 laminated on the insulating substrate 51 and covered with an insulating member 52 such as glass, a pair of electrodes 54 and 54 formed on both ends of the insulating substrate 51, A heating element extraction electrode 55 laminated on the member 52 so as to overlap the heating element 53, and a fusible conductor having both ends connected to the pair of electrodes 54, 54 and the center connected to the heating element extraction electrode 55, respectively. 56.
  • the heating element extraction electrode 55 is connected to the heating element 53 via the first heating element electrode 57.
  • the other end of the heating element 53 is connected to the second heating element electrode 58.
  • the protective element 50 is coated with a flux 61 on almost the entire surface of the soluble conductor 56 in order to prevent oxidation of the soluble conductor 56. Further, the protection element 50 may place a cover member on the insulating substrate 51 in order to protect the inside.
  • such a protection element 50 is connected to a battery circuit 60 for a lithium ion secondary battery or the like, so that a pair of electrodes 54 and 54 and a soluble conductor 56 are charged to the battery circuit 60. It constitutes a part of the discharge current circuit.
  • the second heating element electrode 58 is connected to a current control element such as the FET 61.
  • the FET 61 controls the current so that the heating element 53 is energized in response to a signal from a detection circuit 63 that detects an abnormal voltage of the lithium ion battery 62, for example.
  • a switch element such as an FET 61 that controls current so as to supply power to the heating element 53 is required, and the battery circuit 60 is configured.
  • the manufacturing cost is also disadvantageous.
  • an object of the present invention is to provide a protection circuit, a battery circuit, a protection element, and a method for driving the protection element that can be used without using a switching element such as an FET other than the protection element.
  • a protection circuit includes a first fusible conductor connected to an external circuit, and a first heating element connected to the first fusible conductor.
  • the first heat generating element generates heat
  • the first soluble conductor is blown to cut off the external circuit
  • a detection circuit is connected to the detection circuit for detecting whether the external circuit is cut off.
  • 2 heating elements, a second fusible conductor that melts when the second heating element generates heat, and a switch connected to the first heating element, and by opening the switch A power supply to the first heating element is regulated, and a short-circuit unit that supplies power to the first heating element by short-circuiting the switch by the molten conductor of the second soluble conductor.
  • a battery circuit is provided on a battery stack, a detection circuit that detects an abnormal voltage of the battery stack, and a charge / discharge circuit of the battery stack, and the charge / discharge circuit according to a detection result of the detection circuit.
  • a protective element for interrupting the discharge circuit comprising: a first soluble conductor connected to the charge / discharge circuit; a first heating element connected to the first soluble conductor; A protection unit that cuts off the charging / discharging circuit when the first fusible conductor is melted when the first heating element generates heat, a second heating element connected to the detection circuit, and A second fusible conductor that melts when the second heating element generates heat; and a switch that is connected to the first heating element. The switch is opened to connect the first heating element to the first heating element. Regulating power supply, the second fusible guide The molten conductor is one having a short circuit portion for supplying power to the first heating element by shorting the switch.
  • the protection element according to the present invention is connected to the insulating substrate, the first heating element, the first and second electrodes connected to an external circuit, the first heating element, and the first heating element.
  • the first soluble conductor mounted between the first and second electrodes and constituting a part of the external circuit, the second heating element, one end connected to one end of the second heating element, and the other
  • a third electrode connected at its end to a detection circuit for detecting whether or not the external circuit needs to be shut off;
  • a fourth electrode connected to the other end of the second heating element and the external circuit; Mounted on one or both of the first heating element electrode connected to one heating element, the fourth electrode and the first heating element electrode, and melted by the heat generated by the second heating element, A fourth electrode and a second fusible conductor for short-circuiting the first heating element electrode.
  • the protection element driving method is connected to the insulating substrate, the first heating element, the first and second electrodes connected to the external circuit, and the first heating element.
  • the first soluble conductor mounted between the first and second electrodes and constituting a part of the external circuit, the second heating element, and one end connected to one end of the second heating element
  • a third electrode connected at the other end to a detection circuit for detecting whether the external circuit needs to be shut off, a fourth electrode connected to the other end of the second heating element and the external circuit, Mounted on one or both of the first heating element electrode connected to the first heating element, the fourth electrode and the first heating element electrode, and melted by the heat generated by the second heating element.
  • a second soluble conductor that short-circuits between the fourth electrode and the first heating element electrode, and the detection circuit Power is supplied to the second heating element through the third electrode, and the second heating element generates heat to melt the second soluble conductor, and the second soluble conductor.
  • the four electrodes and the first heating element electrode are short-circuited by the molten conductor, power is supplied to the first heating element, the first soluble conductor is melted, and the first electrode and the first heating element are blown.
  • the power supply to the second heating element is stopped by blocking the gap with the second electrode.
  • the power supply to the first heating element of the protection unit can be controlled according to the operation of the short-circuit unit. Therefore, according to the present invention, the current path can be interrupted without using a switching element such as an FET, and the number of parts and the number of assembly steps are not increased.
  • FIG. 1A is a plan view showing a protection element to which the present invention is applied.
  • FIG. 1B is a bottom view showing a protection element to which the present invention is applied.
  • FIG. 2 is a circuit diagram showing a protection circuit to which the present invention is applied.
  • FIG. 3A is a plan view showing another protective element to which the present invention is applied.
  • FIG. 3B is a bottom view showing another protective element to which the present invention is applied.
  • FIG. 4A is a plan view showing another protective element to which the present invention is applied.
  • FIG. 4B is a bottom view showing another protective element to which the present invention is applied.
  • FIG. 5A is a plan view showing another protection element to which the present invention is applied.
  • FIG. 5B is a bottom view showing another protective element to which the present invention is applied.
  • FIG. 6 is a circuit diagram showing another battery circuit to which the present invention is applied.
  • FIG. 7 is a circuit diagram showing a battery circuit to which the present invention is applied.
  • FIG. 8 is a circuit diagram showing another battery circuit to which the present invention is applied.
  • FIG. 9 is a plan view showing another protective element to which the present invention is applied.
  • FIG. 10 is a plan view showing a protection element according to the related art of the present invention.
  • FIG. 11 is a circuit diagram showing a battery circuit using a protection element according to the related art of the present invention.
  • the protection element 1 to which the present invention is applied is incorporated in an external circuit such as a battery circuit that interrupts the current path by the protection element 1.
  • the protective element 1 forms a part of an external circuit on an insulating substrate 11, a protective unit 10 that interrupts the circuit, and a short-circuit unit 20 that configures a switch that operates the protective unit 10. And are formed.
  • the protection unit 10 is connected to the first heating element 12, the first and second electrodes 13 and 14 connected to the external circuit, and the first heating element 12, and the first and second electrodes.
  • the first fusible conductor 15 is mounted between 13 and 14 and constitutes a part of the external circuit.
  • the insulating substrate 11 is formed in a substantially square shape using an insulating member such as alumina, glass ceramics, mullite, zirconia, and the like.
  • the insulating substrate 11 may be made of a material used for a printed wiring board such as a glass epoxy board or a phenol board, but the temperature at the time of fusing of the first and second fusible conductors 15 and 26 is noted. There is a need to.
  • the first heating element 12 is a conductive member that has a relatively high resistance value and generates heat when energized, and is made of, for example, W, Mo, Ru, or the like.
  • the first heating element 12 has one end connected to the first heating element electrode 25 formed in the short-circuit portion 20 and the other end connected to the heating element extraction electrode 17 connected to the first soluble conductor 15. ing.
  • the first heating element 12 is covered with an insulating layer 16 on the surface 11 a of the insulating substrate 11.
  • the insulating layer 16 is provided to protect and insulate the first heating element 12, and to efficiently transmit the heat of the first heating element 12 to the first soluble conductor 15 and the heating element extraction electrode 17, For example, it consists of a glass layer.
  • an insulating layer 16 is also formed between the surface 11a of the insulating substrate 11 and the first heating element 12, and the first heating element 12 is disposed inside the insulating layer 16. Also good.
  • a heating element extraction electrode 17 connected to the first heating element 12 is laminated on the upper surface of the insulating layer 16.
  • the heating element extraction electrode 17 can be made to easily aggregate the molten conductor of the first soluble conductor 15 by being heated by the first heating element 12.
  • a first electrode 13 and a second electrode 14 are formed on a pair of left and right side edges of the insulating substrate 11.
  • the first soluble conductor 15 is mounted on the first and second electrodes 13 and 14 via mounting solder.
  • the first and second electrodes 13 and 14 face the side surface of the insulating substrate 11, and as shown in FIG. 1B, the first and second electrodes provided on the back surface 11b of the insulating substrate 11 through the through holes 18, respectively.
  • the external connection electrodes 13a and 14a are connected.
  • the first and second electrodes 13 and 14 are connected to an external circuit of a device on which the protection element 1 is mounted via the first and second external connection electrodes 13a and 14a.
  • the first and second electrodes 13 and 14 can be formed using a general electrode material such as Cu or Ag.
  • a coating such as Ni / Au plating, Ni / Pd plating, or Ni / Pd / Au plating is formed on the surfaces of the first and second electrodes 13 and 14 by a known plating process. preferable. Thereby, the oxidation of the 1st, 2nd electrodes 13 and 14 can be prevented, and a molten conductor can be hold
  • the mounting solder connecting the first fusible conductor 15 or the low melting point metal forming the outer layer of the first fusible conductor 15 melts the first and first It is possible to prevent the two electrodes 13 and 14 from being eroded (soldered).
  • any metal that can be melted quickly by the heat generated by the first heating element 12 can be used.
  • a low melting point metal such as Pb-free solder mainly containing Sn is suitable. Can be used.
  • the first soluble conductor 15 may be formed by laminating a low melting point metal and a high melting point metal.
  • a laminated structure of a low-melting-point metal and a high-melting-point metal for example, a structure in which a low-melting-point metal foil is coated with a high-melting-point metal plating can be exemplified.
  • solder such as Pb-free solder containing Sn as a main component
  • the high melting point metal it is preferable to use Ag, Cu or an alloy containing these as main components.
  • the protective element 1 when the protective element 1 is reflow mounted, even if the reflow temperature exceeds the melting temperature of the low melting point metal and the low melting point metal melts, Outflow to the outside can be suppressed and the shape of the first soluble conductor 15 can be maintained. In addition, even when fusing, the low melting point metal melts, and the high melting point metal is eroded (soldered), so that the fusing can be quickly performed at a temperature lower than the melting point of the high melting point metal.
  • the first soluble conductor 15 may be provided with a flux in order to prevent oxidation and improve wettability at the time of melting.
  • the first fusible conductor 15 is mounted between the first and second electrodes 13 and 14 connected to the external circuit, and is connected to the heating element extraction electrode 17 stacked on the insulating layer 16.
  • the first fusible conductor 15 is melted between the first electrode 13 and the second electrode 14 due to the heat generated by the first heating element 12, thereby blocking the current path of the external circuit. it can.
  • the short-circuit portion 20 functions as a switch that controls power supply to the first heating element 12.
  • the short-circuit unit 20 has a third heating element 22 connected to the second heating element 22, one end connected to one end of the second heating element 22, and the other end connected to the detection circuit 3 that detects whether or not the external circuit needs to be blocked.
  • a molten conductor 26 is melted by the heat generated by the second heating element 22, and short-circuits between the fourth electrode 24 and the first heating element electrode 25.
  • a molten conductor 26 is melted by the heat generated by the second heating element 22, and short-circuits between the fourth electrode 24 and the first
  • the second heating element 22 can be formed by the same material and the same process as the first heating element 12 described above.
  • the second heating element 22 has one end connected to the third electrode 23 and the other end connected to the fourth electrode 24.
  • the second heating element 22 is also covered with the insulating layer 16 on the surface 11 a of the insulating substrate 11. Further, the second heating element 22 may also be disposed inside the insulating layer 16 formed on the surface 11 a of the insulating substrate 11.
  • the third electrode 23 and the fourth electrode 24 are formed on a pair of left and right side edges of the insulating substrate 11 in FIG. 1A.
  • the third and fourth electrodes 23 and 24 face the side surface of the insulating substrate 11, and as shown in FIG. 1B, the third and fourth electrodes provided on the back surface 11b of the insulating substrate 11 through the through holes 18.
  • the 3rd electrode 23 is connected with the detection circuit 3 which detects the necessity of interruption
  • the fourth electrode 24 is connected to the current path of the external circuit via the fourth external connection electrode 24a.
  • the fourth electrode 24 and the first heating element electrode 25 are laminated on the insulating layer 16 covering the second heating element 22.
  • the fourth electrode 24 and the first heating element electrode 25 are opened by being separated by a predetermined distance.
  • a second soluble conductor 26 is mounted on one or both of the fourth electrode 24 and the first heating element electrode 25 via mounting solder, and the second heating element 22 generates heat to generate a second.
  • the fusible conductor 26 is melted, the molten conductor is agglomerated and bonded so that a short circuit is possible.
  • the first heating element electrode 25 is connected to one end of the first heating element 12 of the protection unit 10 and short-circuited with the fourth electrode 24, whereby the first soluble conductor 15 to the first soluble conductor 15, A power supply path to the first heating element 12 that reaches the fourth electrode 24 through the heating element extraction electrode 17, the first heating element 12, and the first heating element electrode 25 is formed.
  • the third and fourth electrodes 23 and 24 and the first heating element electrode 26 can be formed using a general electrode material such as Cu or Ag.
  • a coating such as Ni / Au plating, Ni / Pd plating, Ni / Pd / Au plating, etc. is used. It is preferably formed by treatment.
  • the fourth electrode 24 and the first heating element electrode 25 are normally opened, and the power supply to the first heating element 12 is restricted.
  • the detection circuit 3 detects that the external circuit needs to be interrupted, the short circuit unit 20 is supplied with current from the detection circuit 3 to the third electrode 23, the second heating element 22 generates heat, Two soluble conductors 26 are melted.
  • the fourth electrode 24 and the first heating element electrode 25 are short-circuited via the molten conductor of the second soluble conductor 26, and power is supplied to the first heating element 12. It becomes like this.
  • the second soluble conductor 26 can be formed of the same material and the same configuration as the first soluble conductor 15 described above.
  • the inside of the protection element 1 is protected by covering the surface 11a side of the insulating substrate 11 with a cover member (not shown).
  • the cover member is formed using an insulating member such as a thermoplastic plastic, a ceramic, a glass epoxy substrate, and the like, similarly to the insulating substrate 11.
  • the protection circuit 30 includes the first and second electrodes 13 and 14 of the protection unit 10 connected via the first fusible conductor 15 and the first heating element 12. One end is connected to the first electrode 13 via the first soluble conductor 15, and the other end is connected to the first heating element electrode 25. Further, in the protection circuit 30, the third and fourth electrodes 23 and 24 of the short-circuit portion 20 are continuous via the second heating element 22. Further, the protection circuit 30 includes a switch 21 that is short-circuited when the fourth electrode 24 and the first heating element electrode 25 of the short-circuit portion 20 are opened in the initial state and the second soluble conductor 26 is melted. Configure.
  • the protection circuit 30 is connected in series on the current path of the circuit board on which the protection element 1 is mounted, so that the first and second electrodes 13 and 14 of the protection unit 10 are connected to a power supply circuit, a digital signal circuit, or the like. It is incorporated between the main external circuits 2A and 2B and constitutes a part of the current path of the external circuits 2A and 2B.
  • the protection circuit 30 is connected via the third electrode 23 to the detection circuit 3 that detects whether or not the external circuits 2A and 2B need to be blocked.
  • the detection circuit 3 is a circuit that detects whether it is necessary to cut off between the various external circuits 2A and 2B in which the protective element 1 is incorporated. For example, the charge / discharge current circuit is cut off when the battery pack has an abnormal voltage, network communication Current path between the external circuits 2A and 2B physically and irreversibly by the protection unit 10, such as interruption of the digital signal circuit connected to the data server for hacking or cracking in the device, or expiration of the license period of the device or software When it is necessary to shut off, the short-circuit unit 20 is operated.
  • the second heating element 22 generates heat, so that the second soluble conductor 26 is first melted.
  • the molten conductor of the second soluble conductor 26 is attracted onto the fourth electrode and the first heating element electrode 25 having high wettability and a large area, and the molten conductor aggregated on the fourth electrode 24;
  • the molten conductor aggregated on the first heating element electrode 25 is bonded.
  • the fourth electrode 24 and the first heating element electrode 25 are short-circuited via the molten conductor, and the fourth electrode 24 and the first heating element are interposed via the molten conductor of the second soluble conductor 26.
  • the electrode 25 is short-circuited, and reaches the first soluble conductor 15, the heating element extraction electrode 17, the first heating element 12, the first heating element electrode 25, and the fourth electrode 24 from the first electrode 13.
  • a power supply path to one heating element 12 is formed.
  • the protection element 1 when the first heating element 12 is energized and generates heat, the first soluble conductor 15 is fused. Since the molten conductor of the first soluble conductor 15 aggregates on the heating element extraction electrode 17 and the first and second electrodes 13 and 14, the space between the first and second electrodes 13 and 14 is opened. As a result, the protection element 1 physically and irreversibly blocks the current path between the external circuits 2A and 2B.
  • the protection element 1 since the power supply to the second heating element 22 is stopped by the detection circuit 3 that detects that the current path between the external circuits 2A and 2B is interrupted, the protection element 1 has the second heating element 22. The fever is stopped. Detection of interruption of the current path between the external circuits 2A and 2B by the detection circuit 3 is performed, for example, by measuring the voltages of the external circuits 2A and 2B.
  • the detection circuit 3 includes a timer that sets a necessary and sufficient predetermined time from the start of power supply to the second heating element 22 to the fusing of the first soluble conductor 15 by the first heating element 15. You may stop the electric power feeding to the 2nd heat generating body 22 after the said predetermined time progress.
  • the power supply to the first heating element 12 of the protection unit 10 can be controlled according to the operation of the short-circuit unit 20. Therefore, according to the protection element 1 and the protection circuit 30, the current path can be interrupted without using a switching element such as an FET, and the number of parts and the number of assembling steps are not increased.
  • the protection unit 10 can be shut off stably and reliably.
  • the first and second heating elements 12 and 22 are formed on the surface 11a of the insulating substrate 11, and the first and second soluble conductors 15 and 26 are superimposed.
  • the first and second heating elements 12 and 22 may be formed on the back surface 11b of the insulating substrate 11 as shown in FIGS. 3A and 3B. In this case, the first and second heating elements 12 and 22 are covered with the insulating layer 16 on the back surface 11 b of the insulating substrate 11.
  • the heating element extraction electrode 17 connected to one end of the first heating element 12 is provided on the front surface 11a, the front surface portion 17a connected to the first fusible conductor 15, and the first surface provided on the back surface 11b.
  • the heat generating body 12 has a back surface portion 17 b connected to one end thereof, and the front surface portion 17 a and the back surface portion 17 b are connected via the conductive through hole 18.
  • the first heating element electrode 25 is also formed on the surface 11a of the insulating substrate 11 and is short-circuited with the fourth electrode 24 via the molten conductor of the second soluble conductor 26, and the back surface. 11 b and a back surface portion 25 b connected to one end of the first heating element 12, and the front surface portion 25 a and the back surface portion 25 b are connected via the conductive through hole 18.
  • the third and fourth electrodes 23 and 24 are formed with the second heating element 22 between the third and fourth external connection electrodes 23a and 24a formed on the back surface 11b of the insulating substrate 11. Yes. Moreover, it is preferable that the 1st, 2nd heat generating bodies 12 and 22 are formed in the back surface 11b of the insulated substrate 11 in the position which overlaps with the 1st and 2nd soluble conductors 15 and 26, respectively.
  • the surface 11a of the insulating substrate 11 is flattened by forming the first and second heating elements 12, 22 on the back surface 11b of the insulating substrate 11.
  • the protective element 1 allows the first to fourth electrodes 13, 14, 23, 24, the surface portion 17a of the heating element extraction electrode 17, and the surface portion 25a of the first heating element electrode 25 to be flat surfaces. 11a can be formed. Therefore, the protective element 1 can simplify the manufacturing process of each of these electrodes 13, 14, 23, 24, 17, 25, and can reduce the height.
  • the protective element 1 is made of a material having excellent thermal conductivity such as fine ceramic as the material of the insulating substrate 11 even when the first and second heating elements 12 and 22 are formed on the back surface 11b of the insulating substrate 11.
  • the first and second soluble conductors 15 and 26 can be heated and melted in the same manner as when the first and second heating elements 12 and 22 are stacked on the surface 11a of the insulating substrate 11. .
  • the protective element 1 includes the first and second fusible conductors 15 and 26 on the surface 11a of the insulating substrate 11 with the first and second heating elements 12 and 22 disposed thereon. May be formed side by side. In this case, the first and second heating elements 12 and 22 are covered with the insulating layer 16. In this case, the heating element extraction electrode 17 and the first heating element electrode 25 connected to the first heating element 12 are formed as a single layer on the surface 11 a of the insulating substrate 11. The third and fourth electrodes 23 and 24 connected to the second heating element 22 are also formed as a single layer on the surface 11 a of the insulating substrate 11.
  • the protection element 1 may form the first and second heating elements 12 and 22 inside the insulating substrate 11. In this case, it is not necessary to provide the insulating layer 16 that covers the heating element 17. Moreover, it is preferable that the 1st, 2nd heat generating bodies 12 and 22 are formed in the inside of the insulated substrate 11 in the position which overlaps with the 1st and 2nd soluble conductors 15 and 26, respectively.
  • the protection element 1 and the protection circuit 30 are provided with a third fusible conductor 27 on the power supply path to the second heating element 22, and the switch 21 After the short circuit, the third soluble conductor 27 may be blown by the heat generated by the second heating element 22 before the first soluble conductor 15 is blown.
  • the protection element 1 and the protection circuit 30 automatically short-circuit the switch 21 to form a power feeding path to the first heating element 12 and then automatically blow the second soluble conductor 27 to blow the second.
  • the power supply path to the heat generating element 22 can be cut off, and the heat generation of the second heat generating element 22 can be stopped. Accordingly, in the protection element 1 and the protection circuit 30, the current flowing through the first heating element 12 flows into the detection circuit 3 side via the second heating element 22 and the third electrode 23. Can be prevented.
  • the protection element 1 is provided with a second heating element electrode 28 between the fourth electrode 24 and the other end of the second heating element 22.
  • the second heating element electrode 28 is connected to the other end of the second heating element 22.
  • fever of the 2nd heat generating body 22 is mounted. That is, the fourth electrode 24 is connected to the second heating element 22 through the third soluble conductor 27 and the second heating element electrode 28.
  • the third soluble conductor 27 can be formed of the same material and configuration as the first and second soluble conductors 15 and 26 described above.
  • the protection element 1 when the second heating element 22 generates heat, the second soluble conductor 26 is first melted, and the fourth electrode 24 and the first heating element electrode 25 are short-circuited. As a result, a power supply path to the first heating element 12 that reaches the second electrode 14, the first soluble conductor 15, the heating element extraction electrode 17, the first heating element electrode 25, and the fourth electrode 24 is formed. To do.
  • the protective element 1 blocks the power supply path from the third electrode 23 to the second electrode 24 through the second heater 22 to the fourth electrode 24, so that the second heater 22 Heat generation can be stopped automatically.
  • the 4th electrode 24, the 2nd heat generating body 22, and the 3rd electrode are interrupted
  • the protection element 1 is formed so that the second soluble conductor 26 is melted before the third soluble conductor 27 is melted. If the third soluble conductor 27 is melted before the second soluble conductor 26 is melted, the power supply to the second heating element 22 is stopped, the second soluble conductor 26 is not melted, This is because a power supply path to one heating element 12 cannot be formed.
  • the protection element 1 is formed so that the second soluble conductor 26 is melted first when the second heating element 22 generates heat. Specifically, the second soluble conductor 26 of the protection element 1 is mounted at a position closer to the heat generation center of the second heating element 22 than the third soluble conductor 27.
  • the heat generation center of the second heat generating element 22 refers to a region where the temperature becomes the highest in the initial stage of heat generation in the heat distribution that is generated when the second heat generating element 22 generates heat.
  • the heat generated from the second heating element 22 has the largest amount of heat released from the insulating substrate 11, and when the insulating substrate 11 is formed of a ceramic material having excellent thermal shock resistance but high thermal conductivity, insulation is performed. Heat diffuses to the substrate 11. Therefore, in the initial stage of heat generation when energization is started, the center of the second heating element 22 that is farthest from the outer edge in contact with the insulating substrate 11 is the hottest, and the heat is dissipated toward the outer edge in contact with the insulating substrate 11, so that the temperature is unlikely to rise. Become.
  • the protection element 1 includes the second fusible conductor 26 that has the highest heat generation center C at the initial heating stage of the second heating element 22 than the third fusible conductor 27.
  • the third soluble conductor 27 is heated later than the second soluble conductor 26, the third soluble conductor 27 is blown after the second soluble conductor 26 is melted.
  • the protective element 1 is preferably formed such that the third soluble conductor 27 is blown before the first soluble conductor 15.
  • the short-circuit part 20 is a switch for operating the protection part 10, and immediately stops the heat generation of the second heating element 22 after the feeding path to the first heating element 12 is formed. It is preferable to do.
  • the protection element 1 has the third electrode 23 via the fourth electrode 24 on the power supply path to the first heating element 12. It is preferable to prevent the feeding current to the first heating element 12 from flowing into the side.
  • the protection element 1 is formed such that when the second heating element 22 generates heat, the third soluble conductor 27 is blown first.
  • the protection element 1 changes the shapes of the first soluble conductor 15 and the third soluble conductor 27 so that the third soluble conductor 27 comes before the first soluble conductor 15. You may make it melt.
  • the first soluble conductor 15 can be blown out before the first soluble conductor 15.
  • the thickness of the high melting point metal layer is set to the third fusible conductor 27.
  • the first soluble conductor 15 may be thin and may be thick, or the low melting point metal foil may be thin in the third soluble conductor 27 and thick in the first soluble conductor 15.
  • the protection element 1 may be formed so that the width direction orthogonal to the current direction of the third soluble conductor 27 is narrower than the width direction orthogonal to the current direction of the first soluble conductor 15.
  • the protective element 1 can change the melting point by changing the layer structure, for example, the third soluble conductor 27 is formed of a low melting point metal and the first soluble conductor 15 is formed of a high melting point metal. And relatively facilitating fusing of the third fusible conductor 27 than the first fusible conductor 15, and causing the third fusible conductor 27 to blow out before the first fusible conductor 15. May be.
  • FIG. 7 shows a configuration of a battery circuit 40 as an example of an external circuit to which the protection circuit is applied.
  • the battery circuit 40 is, for example, a circuit in a battery pack 50 of a lithium ion secondary battery, and is charged when a battery stack 45 including three lithium ion secondary battery battery cells 41 to 43 and the battery stack 45 is abnormal.
  • the protection element 1 to which the present invention is applied and the detection circuit 3 for detecting the voltage of each of the battery cells 41 to 43 are provided.
  • the battery stack 45 is formed by connecting battery cells 41 to 43 that need to be controlled for protection from overcharge and overdischarge states, and is detachable via the positive terminal 50a and the negative terminal 50b of the battery pack 50. And a charging voltage from the charging device is applied.
  • the battery pack 50 charged by the charging device can operate the electronic device by connecting the positive terminal 50a and the negative terminal 50b to the electronic device operating with the battery.
  • the protection element 1 includes, for example, the first and second electrodes 13 and 14 of the protection unit 10 connected in series on the charge / discharge current path on the positive electrode side of the battery stack 45, and the third electrode 23 of the short-circuit unit 20 Connected to the detection circuit 3, the fourth electrode 24 is connected to the charge / discharge current path on the negative electrode side of the battery stack 45.
  • the detection circuit 3 is connected to each of the battery cells 41 to 43 and detects the voltage value of each of the battery cells 41 to 43.
  • the detection circuit 3 is connected to the third electrode 23 of the protection element 1, and the short circuit portion 20 of the protection element 1 is connected when any one of the battery cells 41 to 43 becomes an overcharge voltage or an overdischarge voltage. Outputs the control signal to be activated.
  • the second heating element 22 generates heat by the electric power output from the detection circuit 3, and the second soluble conductor 26 is melted.
  • the fourth electrode 24 and the first heating element electrode 25 are short-circuited, the switch 21 is turned on, and the first heating element 12 from the first electrode 13 to the fourth electrode 24 is turned on.
  • a power supply path to is formed.
  • the first heating element 12 generates heat in the protection element 1, the first soluble conductor 15 is melted and the charge / discharge current path of the battery stack 45 can be blocked.
  • the short circuit portion 20 of the protection element 1 causes the switch 21 to be in an off state in normal times, thereby restricting the power supply to the first heating element 12 of the protection portion 10, and the detection circuit 3
  • the battery circuit 40 does not need to be provided with a switch element such as an FET for operating the protection element 1 in addition to the protection element 1, and does not increase the number of parts and the number of assembly steps.
  • the battery circuit 40 may be provided with a rectifying element 4 between the detection circuit 3 and the second heating element 22 to prevent current from flowing into the detection circuit 3.
  • the rectifying element 4 allows current to flow from the detection circuit 3 to the protection element 1 side, but does not cause current to flow from the protection element 1 to the detection circuit 3 side.
  • the battery circuit 40 allows the fourth electrode 24, the second heating element 22, and the third electrode when the power supply path to the first heating element 12 is formed. Thus, it is possible to prevent the current supplied to the first heating element 12 from flowing into the detection circuit 3 through the control circuit 23.
  • the battery circuit 40 includes the third fusible conductor 27 between the fourth electrode 24 and the second heating element 22 of the protection element 1 as described above, and supplies power to the first heating element 12. It is also possible to prevent the feeding current to the first heating element 12 from flowing into the detection circuit 3 by fusing the third soluble conductor 27 after forming the path.
  • the protection element 1 of the present invention is not limited to use in a battery pack of a lithium ion secondary battery, and can of course be applied to various uses that require interruption of a current path by an electric signal.
  • the protection part 10 and the short-circuit part 20 are formed on the insulating substrate 11 and formed into one chip.
  • the protection element according to the present invention separates the protection part 10 and the short-circuit part 20 from each other. It may be formed by two chips to be provided and connected. That is, as shown in FIG. 9, the protective member 52 having the protective part 10 formed on the insulating substrate 51 and the shorting member 54 having the short-circuit part 20 formed on the insulating substrate 53 are provided. And the short-circuit member 54 may be connected to form the protective element 55.
  • An external connection electrode 56 connected to the first heating element 12 is formed on the protective member 52. Further, the external connection electrode 25 a is also formed on the first heating element electrode 25 on the short-circuit member 54.
  • the protective element 55 is connected to the first heating element electrode 25 and the first heating element 12 by connecting the external connection electrodes 56 and 25a. These external connection electrodes 56 and 25a can be connected by, for example, mounting the protective member 52 and the short-circuit member 54 on a circuit board of an external circuit on which the protective element 55 is mounted.
  • SYMBOLS 1 Protection element 2A, 2B external circuit, 3 detection circuit, 10 protection part, 11 insulation board, 11a surface, 11b back surface, 12 1st heat generating body, 13 1st electrode, 13a 1st external connection electrode, 14 2nd electrode, 14a 2nd external connection electrode, 15 1st soluble conductor, 16 insulation layer, 17 heating element extraction electrode, 18 through hole, 20 short circuit part, 21 switch, 22 2nd heating element, 23 Third electrode, 23a, third external connection electrode, 24, fourth electrode, 24a, fourth external connection electrode, 25, first heating element electrode, 26, second soluble conductor, 27, third soluble conductor , 28 2nd heating element electrode, 30 protection circuit, 40 battery circuit, 41-43 battery cell, 45 battery stack, 50 battery pack

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Abstract

　ＦＥＴ等のスイッチ素子を用いることなく使用できる保護回路を提供する。　外部回路（２Ａ，２Ｂ）に接続された第１の可溶導体（１５）と、第１の可溶導体（１５）と接続された第１の発熱体（１２）とを備え、第１の発熱体（１２）が発熱することにより第１の可溶導体（１５）が溶断し外部回路（２Ａ，２Ｂ）を遮断する保護部（１０）と、外部回路（２Ａ，２Ｂ）の遮断の要否を検出する検出回路（３）と接続された第２の発熱体（２２）と、第２の発熱体（２２）が発熱することにより溶融する第２の可溶導体と、第１の発熱体（１２）と接続されたスイッチ（２１）とを備え、スイッチ（２１）を開放させることにより第１の発熱体（１２）への給電を規制し、第２の可溶導体（２２）の溶融導体によってスイッチ（２１）を短絡させることにより第１の発熱体（１２）へ電力を供給する短絡部（２０）とを有する。

Description

保護回路、バッテリ回路、保護素子、保護素子の駆動方法 関連出願へのクロスリファレンス
　本出願は、日本国特許出願２０１３－２２８７４７号（２０１３年１１月１日出願）の優先権を主張するものであり、当該出願の開示全体を、ここに参照のために取り込む。
　本発明は、電流経路を遮断する保護素子に関し、特にリチウムイオンバッテリ等の緊急時に速やかに電流経路を遮断する必要のある回路に用いて好適な保護回路、バッテリ回路、保護素子、及び保護素子の駆動方法に関する。
　充電して繰り返し利用することのできる二次電池の多くは、バッテリパックに加工されてユーザに提供される。特に重量エネルギー密度の高いリチウムイオン二次電池においては、ユーザ及び電子機器の安全を確保するために、一般的に、過充電保護、過放電保護等のいくつもの保護回路をバッテリパックに内蔵し、所定の場合にバッテリパックの出力を遮断する機能を有している。
　この種の保護回路では、バッテリパックに内蔵されたＦＥＴスイッチを用いて出力のＯＮ／ＯＦＦを行うことにより、バッテリパックの過充電保護又は過放電保護動作を行う。しかしながら、何らかの原因でＦＥＴスイッチが短絡破壊した場合、雷サージ等が印加されて瞬間的な大電流が流れた場合、あるいはバッテリセルの寿命によって出力電圧が異常に低下したり、逆に過大異常電圧を出力した場合であっても、バッテリパックや電子機器は、発火等の事故から保護されなければならない。そこで、このような想定し得るいかなる異常状態においても、バッテリセルの出力を安全に遮断するために、外部からの信号によって電流経路を遮断する機能を有するヒューズ素子からなる保護素子が用いられる。
　このようなリチウムイオン二次電池等向けの保護回路の保護素子として、保護素子内部に発熱体を有し、この発熱体によって電流経路上の可溶導体を溶断する構造が一般的に用いられている。
　本発明の関連技術として、図１０に保護素子５０を示す。保護素子５０は、絶縁基板５１と、絶縁基板５１に積層され、ガラス等の絶縁部材５２に覆われた発熱体５３と、絶縁基板５１の両端に形成された一対の電極５４，５４と、絶縁部材５２上に発熱体５３と重畳するように積層された発熱体引出電極５５と、両端が一対の電極５４，５４にそれぞれ接続され、中央部が発熱体引出電極５５に接続された可溶導体５６とを備える。
　発熱体引出電極５５の一端は、第１の発熱体電極５７を介して発熱体５３に接続される。また、発熱体５３の他端は、第２の発熱体電極５８に接続される。なお、保護素子５０は、可溶導体５６の酸化防止のために、可溶導体５６上のほぼ全面にフラックス６１が塗布されている。また、保護素子５０は、内部を保護するためにカバー部材を絶縁基板５１上に載置してもよい。
　このような保護素子５０は、図１１に示すように、リチウムイオン二次電池等向けバッテリ回路６０に接続されることにより、一対の電極５４，５４及び可溶導体５６が当該バッテリ回路６０の充放電電流回路の一部を構成する。また、保護素子５０は、第２の発熱体電極５８がＦＥＴ６１等の電流制御素子に接続される。ＦＥＴ６１は、例えばリチウムイオンバッテリ６２の異常電圧を検出する検出回路６３からの信号に応じて発熱体５３が通電されるように電流を制御する。
特許第４１１０９６７号公報 特開２００６－１０９５９６号公報
　このような保護素子５０、及びバッテリ回路６０では、保護素子５０に加え、発熱体５３に対して電力を供給するように電流を制御するＦＥＴ６１等のスイッチ素子が必要となり、バッテリ回路６０を構成する部品点数の増加や、組み立て工数の増加を招く他、製造コスト上も不利となる。
　そこで、本発明は、保護素子の他にＦＥＴ等のスイッチ素子を用いることなく使用することができる保護回路、バッテリ回路、保護素子、及び保護素子の駆動方法を提供することを目的とする。
　上述した課題を解決するために、本発明に係る保護回路は、外部回路に接続された第１の可溶導体と、上記第１の可溶導体と接続された第１の発熱体とを備え、上記第１の発熱体が発熱することにより上記第１の可溶導体が溶断し上記外部回路を遮断する保護部と、上記外部回路の遮断の要否を検出する検出回路と接続された第２の発熱体と、上記第２の発熱体が発熱することにより溶融する第２の可溶導体と、上記第１の発熱体と接続されたスイッチとを備え、上記スイッチを開放させることにより上記第１の発熱体への給電を規制し、上記第２の可溶導体の溶融導体によって上記スイッチを短絡させることにより上記第１の発熱体へ電力を供給する短絡部とを有するものである。
　また、本発明に係るバッテリ回路は、バッテリスタックと、上記バッテリスタックの異常電圧を検出する検出回路と、上記バッテリスタックの充放電回路上に設けられ、上記検出回路の検出結果に応じて上記充放電回路を遮断する保護素子とを有し、上記保護素子は、上記充放電回路に接続された第１の可溶導体と、上記第１の可溶導体と接続された第１の発熱体とを備え、上記第１の発熱体が発熱することにより上記第１の可溶導体が溶断し上記充放電回路を遮断する保護部と、上記検出回路と接続された第２の発熱体と、上記第２の発熱体が発熱することにより溶融する第２の可溶導体と、上記第１の発熱体と接続されたスイッチとを備え、上記スイッチを開放させることにより上記第１の発熱体への給電を規制し、上記第２の可溶導体の溶融導体によって上記スイッチを短絡させることにより上記第１の発熱体へ電力を供給する短絡部とを有するものである。
　また、本発明に係る保護素子は、絶縁基板と、第１の発熱体と、外部回路に接続された第１、第２の電極と、上記第１の発熱体と接続されるとともに、上記第１、第２の電極間にわたって搭載され、上記外部回路の一部を構成する第１の可溶導体と、第２の発熱体と、一端を上記第２の発熱体の一端と接続され、他端を上記外部回路の遮断の要否を検出する検出回路と接続された第３の電極と、上記第２の発熱体の他端及び上記外部回路と接続された第４の電極と、上記第１の発熱体と接続された第１の発熱体電極と、上記第４の電極及び上記第１の発熱体電極の一方又は両方に搭載され、上記第２の発熱体の発熱により溶融し、上記第４の電極及び上記第１の発熱体電極間を短絡させる第２の可溶導体とを有するものである。
　また、本発明に係る保護素子の駆動方法は、絶縁基板と、第１の発熱体と、外部回路に接続された第１、第２の電極と、上記第１の発熱体と接続されるとともに、上記第１、第２の電極間にわたって搭載され、上記外部回路の一部を構成する第１の可溶導体と、第２の発熱体と、一端を上記第２の発熱体の一端と接続され、他端を上記外部回路の遮断の要否を検出する検出回路と接続された第３の電極と、上記第２の発熱体の他端及び上記外部回路と接続された第４の電極と、上記第１の発熱体と接続された第１の発熱体電極と、上記第４の電極及び上記第１の発熱体電極の一方又は両方に搭載され、上記第２の発熱体の発熱により溶融し、上記第４の電極及び上記第１の発熱体電極間を短絡させる第２の可溶導体とを有し、上記検出回路から上記第３の電極を介して上記第２の発熱体に電力を供給し、上記第２の発熱体が発熱することにより上記第２の可溶導体を溶融させ、上記第２の可溶導体の溶融導体により上記４の電極及び上記第１の発熱体電極を短絡させ、上記第１の発熱体に電力が供給され、上記第１の可溶導体が溶断し、上記第１の電極と上記第２の電極との間を遮断し、上記第２の発熱体に対する給電を停止するものである。
　本発明によれば、短絡部の動作に応じて、保護部の第１の発熱体への給電を制御することができる。したがって、本発明によれば、ＦＥＴ等のスイッチ素子を用いることなく、電流経路の遮断を行うことができ、部品点数の増加や、組み立て工数の増加を招くこともない。
図１Ａは、本発明が適用された保護素子を示す平面図である。 図１Ｂは、本発明が適用された保護素子を示す底面図である。 図２は、本発明が適用された保護回路を示す回路図である。 図３Ａは、本発明が適用された他の保護素子を示す平面図である。 図３Ｂは、本発明が適用された他の保護素子を示す底面図である。 図４Ａは、本発明が適用された他の保護素子を示す平面図である。 図４Ｂは、本発明が適用された他の保護素子を示す底面図である。 図５Ａは、本発明が適用された他の保護素子を示す平面図である。 図５Ｂは、本発明が適用された他の保護素子を示す底面図である。 図６は、本発明が適用された他のバッテリ回路を示す回路図である。 図７は、本発明が適用されたバッテリ回路を示す回路図である。 図８は、本発明が適用された他のバッテリ回路を示す回路図である。 図９は、本発明が適用された他の保護素子を示す平面図である。 図１０は、本発明の関連技術に係る保護素子を示す平面図である。 図１１は、本発明の関連技術に係る保護素子を用いたバッテリ回路を示す回路図である。
　以下、本発明が適用された保護回路、バッテリ回路、保護素子、保護素子の駆動方法について、図面を参照しながら詳細に説明する。なお、本発明は、以下の実施形態のみに限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲内において種々の変更が可能であることは勿論である。また、図面は模式的なものであり、各寸法の比率等は現実のものとは異なることがある。具体的な寸法等は以下の説明を参酌して判断すべきものである。また、図面相互間においても互いの寸法の関係や比率が異なる部分が含まれていることは勿論である。
　［保護素子］
　本発明が適用された保護素子１は、例えばバッテリ回路等の、保護素子１によってその電流経路を遮断する外部回路に組み込まれる。保護素子１は、図１Ａに示すように、絶縁基板１１上に、外部回路の一部を構成し、当該回路を遮断する保護部１０と、保護部１０を作動させるスイッチを構成する短絡部２０とが形成されている。
　［保護部］
　保護部１０は、第１の発熱体１２と、外部回路に接続された第１、第２の電極１３，１４と、第１の発熱体１２と接続されるとともに、第１、第２の電極１３，１４間にわたって搭載され、外部回路の一部を構成する第１の可溶導体１５を有する。
　絶縁基板１１は、たとえば、アルミナ、ガラスセラミックス、ムライト、ジルコニアなどの絶縁性を有する部材を用いて略方形状に形成されている。絶縁基板１１は、その他にも、ガラスエポキシ基板、フェノール基板等のプリント配線基板に用いられる材料を用いてもよいが、第１、第２の可溶導体１５，２６の溶断時の温度に留意する必要がある。
　第１の発熱体１２は、比較的抵抗値が高く通電すると発熱する導電性を有する部材であって、たとえばＷ、Ｍｏ、Ｒｕ等からなる。これらの合金あるいは組成物、化合物の粉状体を樹脂バインダ等と混合して、ペースト状にしたものを絶縁基板１１の表面１１ａ上にスクリーン印刷技術を用いてパターン形成して、焼成する等によって形成する。
　第１の発熱体１２は、一端が短絡部２０に形成された第１の発熱体電極２５と接続され、他端が第１の可溶導体１５と接続される発熱体引出電極１７と接続されている。第１の発熱体１２は、絶縁基板１１の表面１１ａ上において絶縁層１６に被覆されている。絶縁層１６は、第１の発熱体１２の保護及び絶縁を図るとともに、第１の発熱体１２の熱を効率よく第１の可溶導体１５及び発熱体引出電極１７へ伝えるために設けられ、例えばガラス層からなる。なお、保護素子１は、絶縁基板１１の表面１１ａと第１の発熱体１２との間にも絶縁層１６を形成し、第１の発熱体１２を絶縁層１６の内部に配置するようにしてもよい。
　絶縁層１６の上面には、第１の発熱体１２と接続された発熱体引出電極１７が積層されている。発熱体引出電極１７は、第１の発熱体１２によって加熱されることにより、第１の可溶導体１５の溶融導体を凝集しやすくすることができる。
　図１Ａ中、絶縁基板１１の左右一対の側縁部には、第１の電極１３及び第２の電極１４が形成されている。第１、第２の電極１３，１４は、実装用ハンダを介して、第１の可溶導体１５が搭載されている。また、第１、第２の電極１３，１４は、絶縁基板１１の側面に臨み、図１Ｂに示すように、スルーホール１８を介して絶縁基板１１の裏面１１ｂに設けられた第１、第２の外部接続電極１３ａ，１４ａと接続されている。そして、第１、第２の電極１３，１４は、第１、第２の外部接続電極１３ａ，１４ａを介して、保護素子１が実装されるデバイスの外部回路と接続される。
　これら第１、第２の電極１３，１４は、ＣｕやＡｇ等の一般的な電極材料を用いて形成することができる。また、第１、第２の電極１３，１４の表面上には、Ｎｉ／Ａｕメッキ、Ｎｉ／Ｐｄメッキ、Ｎｉ／Ｐｄ／Ａｕメッキ等の被膜が、公知のメッキ処理により形成されていることが好ましい。これにより、第１、第２の電極１３，１４の酸化を防止し、溶融導体を確実に保持させることができる。また、保護素子１をリフロー実装する場合に、第１の可溶導体１５を接続する実装用ハンダあるいは第１の可溶導体１５の外層を形成する低融点金属が溶融することにより第１、第２の電極１３，１４を溶食（ハンダ食われ）するのを防ぐことができる。
　第１の可溶導体１５は、第１の発熱体１２の発熱により速やかに溶断されるいずれの金属を用いることができ、例えば、Ｓｎを主成分とするＰｂフリーハンダ等の低融点金属を好適に用いることができる。
　また、第１の可溶導体１５は、低融点金属と高融点金属とを積層して形成してもよい。低融点金属と高融点金属との積層構造としては、例えば、低融点金属箔を高融点金属メッキによって被覆する構造を挙げることができる。低融点金属としては、Ｓｎを主成分とするＰｂフリーハンダなどのハンダを用いることが好ましく、高融点金属としては、Ａｇ、Ｃｕ又はこれらを主成分とする合金などを用いることが好ましい。高融点金属と低融点金属とを含有することによって、保護素子１をリフロー実装する場合に、リフロー温度が低融点金属の溶融温度を超えて、低融点金属が溶融しても、低融点金属の外部への流出を抑制し、第１の可溶導体１５の形状を維持することができる。また、溶断時も、低融点金属が溶融することにより、高融点金属を溶食（ハンダ食われ）することで、高融点金属の融点以下の温度で速やかに溶断することができる。
　なお、第１の可溶導体１５は、酸化防止、及び溶融時における濡れ性を向上させるために、フラックスを設けてもよい。
　第１の可溶導体１５は、外部回路と接続された第１、第２の電極１３，１４間に搭載されるとともに、絶縁層１６上に積層された発熱体引出電極１７と接続される。そして、第１の可溶導体１５は、第1の発熱体１２の発熱により第１の電極１３と第２の電極１４との間で溶断され、これにより外部回路の電流経路を遮断することができる。
　［短絡部］
　短絡部２０は、第１の発熱体１２への給電を制御するスイッチとして機能するものである。短絡部２０は、第２の発熱体２２と、一端を第２の発熱体２２の一端と接続され、他端を外部回路の遮断の要否を検出する検出回路３と接続された第３の電極２３と、第２の発熱体２２の他端及び外部回路と接続された第４の電極２４と、第１の発熱体１２と接続された第１の発熱体電極２５と、第４の電極２４及び第１の発熱体電極２５の一方又は両方に搭載され、第２の発熱体２２の発熱により溶融し、第４の電極２４及び第１の発熱体電極２５間を短絡させる第２の可溶導体２６とを有する。
　第２の発熱体２２は、上述した第１の発熱体１２と同様の材料、及び同様の工程によって形成することができる。第２の発熱体２２は、一端が第３の電極２３と接続され、他端が第４の電極２４と接続されている。また、第２の発熱体２２も、絶縁基板１１の表面１１ａ上において絶縁層１６に被覆されている。さらに、第２の発熱体２２においても、絶縁基板１１の表面１１ａ上に形成された絶縁層１６の内部に配置されてもよい。
　第３の電極２３及び第４の電極２４は、図１Ａ中、絶縁基板１１の左右一対の側縁部に形成されている。また、第３、第４の電極２３，２４は、絶縁基板１１の側面に臨み、図１Ｂに示すように、スルーホール１８を介して絶縁基板１１の裏面１１ｂに設けられた第３、第４の外部接続電極２３ａ，２４ａと接続されている。そして、第３の電極２３は、第３の外部接続電極２３ａを介して、外部回路の遮断の要否を検出する検出回路３と接続されている。また、第４の電極２４は、第４の外部接続電極２４ａを介して、外部回路の電流経路と接続されている。
　第２の発熱体２２を覆う絶縁層１６には、第４の電極２４及び第１の発熱体電極２５が積層されている。第４の電極２４と第１の発熱体電極２５とは、所定の距離だけ離間されることにより開放されている。また、第４の電極２４と第１の発熱体電極２５の一方又は両方には、実装用ハンダを介して第２の可溶導体２６が搭載され、第２の発熱体２２の発熱により第２の可溶導体２６が溶融すると、この溶融導体が凝集、結合することにより短絡可能とされている。
　第１の発熱体電極２５は、保護部１０の第１の発熱体１２の一端と接続され、第４の電極２４と短絡することにより、第１の電極１３から第１の可溶導体１５、発熱体引出電極１７、第１の発熱体１２及び第１の発熱体電極２５を経て第４の電極２４へ至る第１の発熱体１２への給電経路が形成される。
　これら第３、第４の電極２３，２４及び第１の発熱体電極２６は、ＣｕやＡｇ等の一般的な電極材料を用いて形成することができる。また、第３、第４の電極２３，２４及び第１の発熱体電極２６の表面上には、Ｎｉ／Ａｕメッキ、Ｎｉ／Ｐｄメッキ、Ｎｉ／Ｐｄ／Ａｕメッキ等の被膜が、公知のメッキ処理により形成されていることが好ましい。
　このような短絡部２０は、平常時には第４の電極２４と第１の発熱体電極２５が開放され、第１の発熱体１２への電力供給を規制している。外部回路の遮断が必要な事態が検出回路３によって検出されると、短絡部２０は、第３の電極２３へ検出回路３から電流が供給され、第２の発熱体２２が発熱して、第２の可溶導体２６が溶融される。これにより、保護素子１は、第２の可溶導体２６の溶融導体を介して第４の電極２４と第１の発熱体電極２５が短絡し、第１の発熱体１２へ電力を供給されるようになる。
　第２の可溶導体２６は、上述した第１の可溶導体１５と同じ材料、同じ構成により形成することができる。
　［その他］
　また、保護素子１は、絶縁基板１１の表面１１ａ側が図示しないカバー部材に覆われることによりその内部が保護されている。カバー部材は、上記絶縁基板１１と同様に、例えば、熱可塑性プラスチック、セラミックス、ガラスエポキシ基板等の絶縁性を有する部材を用いて形成されている。
　［保護回路］
　次いで、保護回路３０について説明する。図２に示すように、保護回路３０は、保護部１０の第１、第２の電極１３，１４が、第１の可溶導体１５を介して接続されるとともに、第１の発熱体１２が、一端を第１の可溶導体１５を介して第１の電極１３と接続され、他端を第１の発熱体電極２５と接続されている。また、保護回路３０は、短絡部２０の第３、第４の電極２３，２４が第２の発熱体２２を介して連続されている。また、保護回路３０は、短絡部２０の第４の電極２４及び第１の発熱体電極２５が、初期状態において開放されるとともに、第２の可溶導体２６が溶融することにより短絡するスイッチ２１を構成する。保護回路３０は、保護素子１が実装される回路基板の電流経路上に直列接続されることにより、保護部１０の第１、第２の電極１３，１４が、電源回路やデジタル信号回路等の主たる外部回路２Ａ，２Ｂ間に組み込まれ、該外部回路２Ａ，２Ｂの電流経路の一部を構成する。
　また、保護回路３０は、第３の電極２３を介して、外部回路２Ａ、２Ｂ間の遮断の要否を検出する検出回路３と接続されている。検出回路３は、保護素子１が組み込まれた各種外部回路２Ａ，２Ｂ間を遮断する必要が生じたかを検出する回路であり、例えばバッテリパックの異常電圧時における充放電電流回路の遮断、ネットワーク通信機器におけるハッキングやクラッキングに対してデータサーバと接続されたデジタル信号回路の遮断、あるいはデバイスやソフトウェアのライセンス期間の満了等、保護部１０により物理的、不可逆的に外部回路２Ａ，２Ｂ間の電流経路を遮断させる必要が生じた場合に短絡部２０を動作させる。
　これにより、第３の電極２３を介して検出回路３から電力が供給され、第２の発熱体２２が発熱することにより、先ず第２の可溶導体２６が溶融される。第２の可溶導体２６の溶融導体は、濡れ性が高く広面積の第４の電極及び第１の発熱体電極２５上に引き寄せられるとともに、第４の電極２４上に凝集した溶融導体と、第１の発熱体電極２５上に凝集した溶融導体とが結合する。これにより、溶融導体を介して第４の電極２４と第１の発熱体電極２５とが短絡され、第２の可溶導体２６の溶融導体を介して第４の電極２４と第１の発熱体電極２５が短絡し、第１の電極１３から第１の可溶導体１５、発熱体引出電極１７、第１の発熱体１２、第１の発熱体電極２５及び第４の電極２４へ至る、第１の発熱体１２への給電経路が形成される。
　保護素子１は、第１の発熱体１２が通電、発熱することにより、第１の可溶導体１５が溶断する。第１の可溶導体１５の溶融導体は、発熱体引出電極１７及び第１、第２の電極１３，１４上に凝集するため、第１、第２の電極１３，１４間が開放される。これにより、保護素子１は、物理的、不可逆的に外部回路２Ａ，２Ｂ間の電流経路を遮断させる。
　また、保護素子１は、外部回路２Ａ，２Ｂ間の電流経路が遮断されたことを検出した検出回路３によって、第２の発熱体２２への給電が停止されるため、第２の発熱体２２の発熱が停止される。検出回路３による外部回路２Ａ，２Ｂ間の電流経路の遮断の検出は、例えば外部回路２Ａ，２Ｂの電圧を計測することにより行う。また、検出回路３は、第２の発熱体２２への給電開始から、第１の発熱体１５による第１の可溶導体１５の溶断までの必要十分な所定の時間を設定したタイマーを備え、当該所定時間経過後に第２の発熱体２２への給電を停止してもよい。
　このように、保護素子１及び保護回路３０によれば、短絡部２０の動作に応じて、保護部１０の第１の発熱体１２への給電を制御することができる。したがって、保護素子１及び保護回路３０によれば、ＦＥＴ等のスイッチ素子を用いることなく、電流経路の遮断を行うことができ、部品点数の増加や、組み立て工数の増加を招くこともない。
　また、保護素子１及び保護回路３０によれば、短絡部２０によって、不可逆的に第１の発熱体１２への給電経路が形成されるため、スイッチ素子の故障やハッキング、クラッキングに対する脆弱性にも対応でき、安定的、かつ確実に保護部１０を遮断することができる。
　［発熱体］
　上述した保護素子１においては、第１、第２の発熱体１２，２２を絶縁基板１１の表面１１ａ上に形成し、第１、第２の可溶導体１５，２６を重畳させたが、第１、第２の発熱体１２，２２は、図３Ａ、図３Ｂに示すように、絶縁基板１１の裏面１１ｂに形成してもよい。この場合、第１、第２の発熱体１２，２２は、絶縁基板１１の裏面１１ｂにおいて絶縁層１６に被覆されている。
　また、第１の発熱体１２の一端と接続される発熱体引出電極１７は、表面１１ａに設けられ、第１の可溶導体１５と接続される表面部１７ａと、裏面１１ｂに設けられ第１の発熱体１２の一端と接続される裏面部１７ｂとを有し、これら表面部１７ａと裏面部１７ｂとが導電スルーホール１８を介して連続されている。また、第１の発熱体電極２５も同様に絶縁基板１１の表面１１ａに形成され、第２の可溶導体２６の溶融導体を介して第４の電極２４と短絡される表面部２５ａと、裏面１１ｂに形成され第１の発熱体１２の一端と接続される裏面部２５ｂとを有し、これら表面部２５ａと裏面部２５ｂとが導電スルーホール１８を介して連続されている。
　また、第３、第４の電極２３，２４は、絶縁基板１１の裏面１１ｂに形成された第３、第４の外部接続電極２３ａ，２４ａ間に亘って第２の発熱体２２が形成されている。また、第１、第２の発熱体１２，２２は、絶縁基板１１の裏面１１ｂにおいて、それぞれ第１、第２の可溶導体１５，２６と重畳する位置に形成されることが好ましい。
　保護素子１は、第１、第２の発熱体１２，２２が絶縁基板１１の裏面１１ｂに形成されることにより、絶縁基板１１の表面１１ａが平坦化される。これにより、保護素子１は、第１～第４の電極１３，１４，２３，２４、発熱体引出電極１７の表面部１７ａ、及び第１の発熱体電極２５の表面部２５ａを、平坦な表面１１ａ上に形成することができる。したがって、保護素子１は、これら各電極１３，１４，２３，２４，１７，２５の製造工程を簡略化することができるとともに、低背化を図ることができる。
　また、保護素子１は、第１、第２の発熱体１２，２２を絶縁基板１１の裏面１１ｂに形成した場合にも、絶縁基板１１の材料としてファインセラミック等の熱伝導性に優れた材料を用いることにより、第１、第２の発熱体１２，２２を絶縁基板１１の表面１１ａ上に積層した場合と同等に第１、第２の可溶導体１５，２６を加熱、溶融することができる。
　また、保護素子１は、図４Ａ、図４Ｂに示すように、第１、第２の発熱体１２，２２を絶縁基板１１の表面１１ａ上において、第１、第２の可溶導体１５，２６と並んで形成してもよい。この場合、第１、第２の発熱体１２，２２は、絶縁層１６によって被覆されている。この場合、第１の発熱体１２と接続される発熱体引出電極１７及び第１の発熱体電極２５は、絶縁基板１１の表面１１ａ上に単層で形成される。また、第２の発熱体２２と接続される第３、第４の電極２３，２４も、絶縁基板１１の表面１１ａ上に単層で形成される。
　その他、保護素子１は、第１、第２の発熱体１２，２２を絶縁基板１１の内部に形成してもよい。この場合、発熱体１７を被覆する絶縁層１６は設ける必要がない。また、第１、第２の発熱体１２，２２は、絶縁基板１１の内部において、それぞれ第１、第２の可溶導体１５，２６と重畳する位置に形成されることが好ましい。
　［第３の可溶導体］
　また、保護素子１、及び保護回路３０は、図５Ａ、図５Ｂ、図６に示すように、第２の発熱体２２への給電経路上に、第３の可溶導体２７を設け、スイッチ２１の短絡後、第１の可溶導体１５の溶断前に、第２の発熱体２２の発熱により第３の可溶導体２７を溶断させるようにしてもよい。
　これにより、保護素子１、及び保護回路３０は、スイッチ２１を短絡させ第１の発熱体１２への給電経路を形成した後、第３の可溶導体２７を溶断させることにより自動的に第２の発熱体２２への給電経路を遮断し、第２の発熱体２２の発熱を停止させることができる。また、これにより、保護素子１、及び保護回路３０は、第１の発熱体１２に流れた電流が、第２の発熱体２２及び第３の電極２３を介して検出回路３側へ流入することを防止することができる。
　具体的に、保護素子１は、図５Ａ、図５Ｂに示すように、第４の電極２４と第２の発熱体２２の他端との間に、第２の発熱体電極２８が設けられる。第２の発熱体電極２８は、第２の発熱体２２の他端と接続されている。第４の電極２４と第２の発熱体電極２８との間には、第２の発熱体２２の発熱により溶断される第３の可溶導体２７が搭載される。すなわち、第４の電極２４は、第３の可溶導体２７及び第２の発熱体電極２８を介して、第２の発熱体２２と接続されている。
　第３の可溶導体２７は、上述した第１、第２の可溶導体１５，２６と同様の材料、構成により形成することができる。
　かかる保護素子１は、第２の発熱体２２が発熱すると、先ず第２の可溶導体２６が溶融して第４の電極２４及び第１の発熱体電極２５が短絡する。これにより、第２の電極１４、第１の可溶導体１５、発熱体引出電極１７、第１の発熱体電極２５及び第４の電極２４に至る第１の発熱体１２への給電経路を形成する。
　そして、引き続き第２の発熱体２２が発熱することにより、保護素子１は、第３の可溶導体２７が溶断する。これにより、保護素子１は、第３の電極２３から第２の発熱体２２を介して第４の電極２４へ至る第２の発熱体への給電経路が遮断され、第２の発熱体２２の発熱を自動的に停止することができる。また、保護素子１は、第３の可溶導体２７が溶断することにより、第４の電極２４と第２の発熱体２２及び第３の電極とが遮断されるため、第１の発熱体１２への給電経路上にある第４の電極２４を介して第３の電極２３側へ、第１の発熱体１２への給電電流が流入することを防止することができる。
　［第２の可溶導体の先溶融］
　ここで、保護素子１は、第２の可溶導体２６が、第３の可溶導体２７の溶断よりも先に溶融するように形成されている。第２の可溶導体２６の溶融よりも先に第３の可溶導体２７が溶断すると、第２の発熱体２２への給電が停止され、第２の可溶導体２６が溶融せず、第１の発熱体１２への給電経路を形成することができないからである。
　そこで、保護素子１は、第２の発熱体２２が発熱すると、第２の可溶導体２６が先に溶融するように形成されている。具体的に、保護素子１の第２の可溶導体２６は、第３の可溶導体２７よりも、第２の発熱体２２の発熱中心に近い位置に搭載されている。
　ここで、第２の発熱体２２の発熱中心とは、第２の発熱体２２が発熱することにより発現する熱分布のうち、発熱初期の段階で最も高温となる領域をいう。第２の発熱体２２より発せされる熱は絶縁基板１１からの放熱量が最も多く、絶縁基板１１を、耐熱衝撃性に優れるが熱伝導率も高いセラミックス材料により形成した場合などには、絶縁基板１１に熱が拡散してしまう。そのため、第２の発熱体２２は通電が開始された発熱初期の段階では、絶縁基板１１と接する外縁から最も遠い中心が最も熱く、絶縁基板１１と接する外縁に向かうにつれて放熱されて温度が上がりにくくなる。
　そこで、図５Ａに示すように、保護素子１は、第２の可溶導体２６を、第３の可溶導体２７よりも、第２の発熱体２２の発熱初期において最も高温となる発熱中心Ｃに近い位置に搭載することにより、第３の可溶導体２７よりも早く熱が伝わり、溶融するようにする。第３の可溶導体２７は、第２の可溶導体２６より遅れて加熱されるため、第２の可溶導体２６が溶融した後に溶断される。
　［第３の可溶導体の先溶融］
　また、保護素子１は、第３の可溶導体２７が、第１の可溶導体１５よりも先に溶断するように形成することが好ましい。保護素子１において、短絡部２０は保護部１０を作動させるためのスイッチであり、第１の発熱体１２への給電経路が形成された後は、速やかに第２の発熱体２２の発熱を停止することが好ましい。また、保護素子１は、第１の発熱体１２への給電経路が形成された後は、第１の発熱体１２への給電経路上にある第４の電極２４を介して第３の電極２３側へ、第１の発熱体１２への給電電流が流入することを防止することが好ましい。
　そこで、保護素子１は、第２の発熱体２２が発熱すると、第３の可溶導体２７が先に溶断するように形成されている。具体的に、保護素子１は、第１の可溶導体１５と第３の可溶導体２７の形状を変えることにより、第３の可溶導体２７が第１の可溶導体１５よりも先に溶断するようにしてもよい。例えば、第３の可溶導体２７は、厚さが薄いほど溶断が容易となることから、保護素子１は、第３の可溶導体２７の厚さを第１の可溶導体１５の厚さよりも薄くすることにより、第１の可溶導体１５よりも先に溶断させることができる。なお、第１、第３の可溶導体１５，２７は、例えば低融点金属箔を高融点金属メッキで被覆した構造を有する場合、高融点金属層の厚さを第３の可溶導体２７では薄く、第１の可溶導体１５では厚くしてもよく、あるいは、低融点金属箔の厚みを第３の可溶導体２７では薄く、第１の可溶導体１５では厚くしてもよい。
　また、保護素子１は、第３の可溶導体２７の電流方向と直交する幅方向を、第１の可溶導体１５の電流方向と直交する幅方向よりも狭く形成してもよい。その他にも、保護素子１は、第３の可溶導体２７を低融点金属により形成し、第１の可溶導体１５を高融点金属により形成するなど、層構造を変えることによって融点に差を設け、相対的に第３の可溶導体２７を第１の可溶導体１５よりも溶断しやすくし、第３の可溶導体２７を第１の可溶導体１５よりも先に溶断させるようにしてもよい。
　［バッテリ回路］
　図７に保護回路が適用された外部回路の一例として、バッテリ回路４０の構成を示す。バッテリ回路４０は、例えば、リチウムイオン二次電池のバッテリパック５０内の回路であり、３個のリチウムイオン二次電池のバッテリセル４１～４３からなるバッテリスタック４５と、バッテリスタック４５の異常時に充電を遮断する本発明が適用された保護素子１と、各バッテリセル４１～４３の電圧を検出する検出回路３とを備える。
　バッテリスタック４５は、過充電及び過放電状態から保護するための制御を要するバッテリセル４１～４３が直列接続されたものであり、バッテリパック５０の正極端子５０ａ、負極端子５０ｂを介して、着脱可能に図示しない充電装置に接続され、充電装置からの充電電圧が印加される。充電装置により充電されたバッテリパック５０は、正極端子５０ａ、負極端子５０ｂをバッテリで動作する電子機器に接続することによって、この電子機器を動作させることができる。
　保護素子１は、たとえば、保護部１０の第１、第２の電極１３，１４がバッテリスタック４５の正極側の充放電電流経路上に直列接続され、また短絡部２０の第３の電極２３が検出回路３に接続され、第４の電極２４がバッテリスタック４５の負極側の充放電電流経路上に接続される。
　検出回路３は、各バッテリセル４１～４３と接続され、各バッテリセル４１～４３の電圧値を検出する。また、検出回路３は、保護素子１の第３の電極２３と接続され、いずれか１つのバッテリセル４１～４３が過充電電圧又は過放電電圧になったときに保護素子１の短絡部２０を作動させる制御信号を出力する。
　保護素子１は、検出回路３から出力された電力によって第２の発熱体２２が発熱し、第２の可溶導体２６が溶融する。これにより、保護素子１は、第４の電極２４と第１の発熱体電極２５が短絡し、スイッチ２１がオンとなり、第１の電極１３から第４の電極２４に至る第１の発熱体１２への給電経路が形成される。保護素子１は、第１の発熱体１２が発熱することにより、第１の可溶導体１５が溶断し、バッテリスタック４５の充放電電流経路を遮断することができる。
　このようなバッテリ回路４０によれば、保護素子１の短絡部２０が、平常時においてはスイッチ２１がオフ状態となり保護部１０の第１の発熱体１２への給電を規制し、検出回路３が異常を検出すると、その出力に応じて保護部１０の第１の発熱体１２への給電経路を形成するスイッチとして機能する。したがって、バッテリ回路４０は、保護素子１の他に、保護素子１を動作させるＦＥＴ等のスイッチ素子を設ける必要がなく、部品点数の増加や、組み立て工数の増加を招くことがない。
　［整流素子］
　また、バッテリ回路４０は、図８に示すように、検出回路３と、第２の発熱体２２との間に、検出回路３への電流の流入を防止する整流素子４を設けてもよい。整流素子４は、検出回路３から保護素子１側へ電流を流すが、保護素子１から検出回路３側へは電流を流さない。
　このような整流素子４を設けることにより、バッテリ回路４０は、第１の発熱体１２への給電経路が形成されたときに、第４の電極２４、第２の発熱体２２及び第３の電極２３を介して第１の発熱体１２への給電電流が検出回路３へ流入することを防止することができる。
　なお、バッテリ回路４０は、上述したように保護素子１の第４の電極２４と第２の発熱体２２との間に第３の可溶導体２７を設け、第１の発熱体１２への給電経路を形成した後、この第３の可溶導体２７を溶断することによっても、第１の発熱体１２への給電電流が検出回路３へ流入することを防止することができる。
　なお、本発明の保護素子１は、リチウムイオン二次電池のバッテリパックに用いる場合に限らず、電気信号による電流経路の遮断を必要とする様々な用途にももちろん応用可能である。
　［２チップ化］
　なお、上述した保護素子１では、絶縁基板１１に保護部１０と短絡部２０を形成し、１チップ化により形成したが、本発明に係る保護素子は、保護部１０と短絡部２０とを別個に設け、接続する２チップ化により形成してもよい。すなわち、図９に示すように、絶縁基板５１上に保護部１０が形成された保護部材５２と、絶縁基板５３上に短絡部２０が形成された短絡部材５４とを有し、これら保護部材５２と短絡部材５４とを接続することにより、保護素子５５を形成してもよい。
　保護部材５２には、第１の発熱体１２と接続された外部接続電極５６が形成されている。また、短絡部材５４には、第１の発熱体電極２５にも外部接続電極２５ａが形成されている。そして、保護素子５５は、外部接続電極５６，２５ａが接続されることにより、第１の発熱体電極２５と第１の発熱体１２とが接続される。これら外部接続電極５６，２５ａの接続は、例えば、保護素子５５が実装される外部回路の回路基板に保護部材５２と短絡部材５４を実装することにより行うことができる。
　１　保護素子、２Ａ，２Ｂ　外部回路、３　検出回路、１０　保護部、１１　絶縁基板、１１ａ　表面、１１ｂ　裏面、１２　第１の発熱体、１３　第１の電極、１３ａ　第１の外部接続電極、１４　第２の電極、１４ａ　第２の外部接続電極、１５　第１の可溶導体、１６　絶縁層、１７　発熱体引出電極、１８　スルーホール、２０　短絡部、２１　スイッチ、２２　第２の発熱体、２３　第３の電極、２３ａ　第３の外部接続電極、２４　第４の電極、２４ａ　第４の外部接続電極、２５　第１の発熱体電極、２６　第２の可溶導体、２７　第３の可溶導体、２８　第２の発熱体電極、３０　保護回路、４０　バッテリ回路、４１～４３　バッテリセル、４５　バッテリスタック、５０　バッテリパック

Claims (18)

  1. 　外部回路に接続された第１の可溶導体と、上記第１の可溶導体と接続された第１の発熱体とを備え、上記第１の発熱体が発熱することにより上記第１の可溶導体が溶断し上記外部回路を遮断する保護部と、
    　上記外部回路の遮断の要否を検出する検出回路と接続された第２の発熱体と、上記第２の発熱体が発熱することにより溶融する第２の可溶導体と、上記第１の発熱体と接続されたスイッチとを備え、上記スイッチを開放させることにより上記第１の発熱体への給電を規制し、上記第２の可溶導体の溶融導体によって上記スイッチを短絡させることにより上記第１の発熱体へ電力を供給する短絡部とを有する保護回路。
  2. 　上記第２の発熱体への給電経路上に、第３の可溶導体が設けられ、
    　上記スイッチの短絡後、上記第１の可溶導体の溶断前に、上記第２の発熱体の発熱により上記第３の可溶導体が溶断する請求項１記載の保護回路。
  3. 　バッテリスタックと、上記バッテリスタックの異常電圧を検出する検出回路と、上記バッテリスタックの充放電回路上に設けられ、上記検出回路の検出結果に応じて上記充放電回路を遮断する保護素子とを有し、
    　上記保護素子は、
    　上記充放電回路に接続された第１の可溶導体と、上記第１の可溶導体と接続された第１の発熱体とを備え、上記第１の発熱体が発熱することにより上記第１の可溶導体が溶断し上記充放電回路を遮断する保護部と、
    　上記検出回路と接続された第２の発熱体と、上記第２の発熱体が発熱することにより溶融する第２の可溶導体と、上記第１の発熱体と接続されたスイッチとを備え、上記スイッチを開放させることにより上記第１の発熱体への給電を規制し、上記第２の可溶導体の溶融導体によって上記スイッチを短絡させることにより上記第１の発熱体へ電力を供給する短絡部とを有するバッテリ回路。
  4. 　上記検出回路と、上記第２の発熱体との間に、上記検出回路への電流の流入を防止する整流素子が設けられている請求項３記載のバッテリ回路。
  5. 　上記第２の発熱体への給電経路上に、第３の可溶導体が設けられ、
    　上記スイッチの短絡後、上記第１の可溶導体の溶断前に、上記第２の発熱体の発熱により上記第３の可溶導体が溶断する請求項３記載のバッテリ回路。
  6. 　絶縁基板と、
    　第１の発熱体と、
    　外部回路に接続された第１、第２の電極と、
    　上記第１の発熱体と接続されるとともに、上記第１、第２の電極間にわたって搭載され、上記外部回路の一部を構成する第１の可溶導体と、
    　第２の発熱体と、
    　一端を上記第２の発熱体の一端と接続され、他端を上記外部回路の遮断の要否を検出する検出回路と接続された第３の電極と、
    　上記第２の発熱体の他端及び上記外部回路と接続された第４の電極と、
    　上記第１の発熱体と接続された第１の発熱体電極と、
    　上記第４の電極及び上記第１の発熱体電極の一方又は両方に搭載され、上記第２の発熱体の発熱により溶融し、上記第４の電極及び上記第１の発熱体電極間を短絡させる第２の可溶導体とを有する保護素子。
  7. 　上記第１、第２の発熱体は上記絶縁基板の表面に形成され、上記第１の発熱体が絶縁部材を介して上記第１の可溶導体と重畳され、上記第２の発熱体が絶縁部材を介して上記第２の可溶導体と重畳されている請求項６記載の保護素子。
  8. 　上記第１、第２の発熱体は上記絶縁基板の裏面に形成されている請求項６記載の保護素子。
  9. 　上記第１、第２の発熱体は上記絶縁基板の表面に形成され、上記第１の発熱体が上記第１の可溶導体と隣接し、上記第２の発熱体が上記第２の可溶導体と隣接して形成されている請求項６記載の保護素子。
  10. 　上記第４の電極と上記第２の発熱体の他端との間に、第２の発熱体電極が設けられ、
    　上記第２の発熱体電極は、上記第２の発熱体の他端と接続され、
    　上記第４の電極と上記第２の発熱体電極との間に、上記第２の発熱体の発熱により溶断される第３の可溶導体が搭載され、
    　上記第２の発熱体が発熱すると、上記第２の可溶導体が溶融して上記第４の電極及び上記第１の発熱体電極が短絡し、その後、上記第３の可溶導体が溶断し、上記第２の発熱体の発熱を停止する請求項６記載の保護素子。
  11. 　上記第２の可溶導体は、上記第３の可溶導体よりも、上記第２の発熱体の発熱中心に近い位置に設けられている請求項１０記載の保護素子。
  12. 　上記第３の可溶導体は、上記第１の可溶導体よりも、厚さが薄く形成されている請求項１０又は１１に記載の保護素子。
  13. 　上記第３の可溶導体は、上記第１の可溶導体よりも、電流方向と直交する幅方向が狭く形成されている請求項１０又は１１に記載の保護素子。
  14. 　上記第１の発熱体と、上記第１、第２の電極と、上記第１の可溶導体と、上記第１の発熱体と接続された外部接続電極とを有する保護部が形成された保護部材と、
    　上記第２の発熱体と、上記第３、第４の電極と、上記第１の発熱体電極と、上記第２の可溶導体とを有する短絡部が形成された短絡部材とを有し、
    　上記保護部材と上記短絡部材とが接続されてなる請求項６～１１のいずれか１項に記載の保護素子。
  15. 　絶縁基板と、
    　第１の発熱体と、
    　外部回路に接続された第１、第２の電極と、
    　上記第１の発熱体と接続されるとともに、上記第１、第２の電極間にわたって搭載され、上記外部回路の一部を構成する第１の可溶導体と、
    　第２の発熱体と、
    　一端を上記第２の発熱体の一端と接続され、他端を上記外部回路の遮断の要否を検出する検出回路と接続された第３の電極と、
    　上記第２の発熱体の他端及び上記外部回路と接続された第４の電極と、
    　上記第１の発熱体と接続された第１の発熱体電極と、
    　上記第４の電極及び上記第１の発熱体電極の一方又は両方に搭載され、上記第２の発熱体の発熱により溶融し、上記第４の電極及び上記第１の発熱体電極間を短絡させる第２の可溶導体とを有し、
    　上記検出回路から上記第３の電極を介して上記第２の発熱体に電力を供給し、
    　上記第２の発熱体が発熱することにより上記第２の可溶導体を溶融させ、上記第２の可溶導体の溶融導体により上記４の電極及び上記第１の発熱体電極を短絡させ、
    　上記第１の発熱体に電力が供給され、上記第１の可溶導体が溶断し、上記第１の電極と上記第２の電極との間を遮断し、
    　上記第２の発熱体に対する給電を停止する保護素子の駆動方法。
  16. 　上記第４の電極と上記第２の発熱体の他端との間に、第２の発熱体電極が設けられ、
    　上記第２の発熱体電極は、上記第２の発熱体の他端と接続され、
    　上記第４の電極と上記第２の発熱体電極との間に、上記第２の発熱体の発熱により溶断される第３の可溶導体が搭載され、
    　上記第２の発熱体が発熱すると、上記第２の可溶導体が溶融して上記第４の電極及び上記第１の発熱体電極が短絡し、その後、上記第３の可溶導体が溶断し、上記第２の発熱体に対する給電を停止する請求項１５記載の保護素子の駆動方法。
  17. 　上記検出回路によって上記第１の可溶導体の溶断を検出することにより、上記第２の発熱体に対する給電を停止する請求項１５記載の保護素子の駆動方法。
  18. 　上記検出回路によって、上記第２の可溶導体に対する給電時間が計測され、上記第２の可溶導体に対する給電開始から所定時間が経過した後に、上記第２の発熱体に対する給電を停止する請求項１５記載の保護素子の駆動方法。
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* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP6797565B2 (ja) * 2015-12-18 2020-12-09 デクセリアルズ株式会社 ヒューズ素子
TW201740417A (zh) * 2017-07-07 2017-11-16 Pao-Hsuan Chen 開關元件

Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH0245144A (ja) * 1988-08-04 1990-02-15 Toray Ind Inc 積層体及びその製造方法
JP2010165685A (ja) * 2010-03-04 2010-07-29 Sony Chemical & Information Device Corp 保護素子及びバッテリーパック

Family Cites Families (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH073559Y2 (ja) * 1989-04-17 1995-01-30 内橋エステック株式会社 感温スイッチ
JP4110967B2 (ja) * 2002-12-27 2008-07-02 ソニーケミカル＆インフォメーションデバイス株式会社 保護素子
JP4207877B2 (ja) * 2004-10-04 2009-01-14 ソニーケミカル＆インフォメーションデバイス株式会社 保護回路

Patent Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH0245144A (ja) * 1988-08-04 1990-02-15 Toray Ind Inc 積層体及びその製造方法
JP2010165685A (ja) * 2010-03-04 2010-07-29 Sony Chemical & Information Device Corp 保護素子及びバッテリーパック

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