保护元件转让专利
申请号 : CN201780075929.2
文献号 : CN110050323B
文献日 : 2021-04-16
发明人 : 木村裕二 , 川津雅巳
申请人 : 迪睿合株式会社
摘要 :
权利要求 :
1.一种保护元件,其特征在于,具备:
绝缘基板;
第一电极、第二电极,其设于上述绝缘基板;
发热体,其形成于上述绝缘基板;
发热体引出电极,其与上述发热体电连接;
可熔导体,其经由上述发热体引出电极对上述第一电极、第二电极之间进行连接;以及保持部件,其设置在上述发热体引出电极上,供上述可熔导体熔融后的熔融体濡湿扩展并保持。
2.根据权利要求1所述的保护元件,其特征在于,上述保持部件搭载于上述发热体引出电极。
3.根据权利要求1或2所述的保护元件,其特征在于,上述可熔导体具备:
第一可熔导体,其以从上述第一电极遍及上述发热体引出电极的方式搭载;以及第二可熔导体,其以从上述第二电极遍及上述发热体引出电极的方式搭载。
4.根据权利要求3所述的保护元件,其特征在于,上述保持部件设置在上述第一可熔导体与上述第二可熔导体之间。
5.根据权利要求1或2所述的保护元件,其特征在于,上述保持部件实施了使上述可熔导体的熔融体容易濡湿扩展的表面处理。
6.根据权利要求4所述的保护元件,其特征在于,上述保持部件实施了使上述可熔导体的熔融体容易濡湿扩展的表面处理。
7.根据权利要求1或2所述的保护元件,其特征在于,上述保持部件是以遍及上述发热体引出电极的长度方向的方式延伸的方柱状体、圆柱状体、圆筒状体、半圆筒状体、螺旋状体、或者截面T字状的棒状体,该截面T字状的棒状体具有与上述发热体引出电极连接的板状的基部和从上述基部向上述发热体引出电极上突出的突条部。
8.根据权利要求4所述的保护元件,其特征在于,上述保持部件是以遍及上述发热体引出电极的长度方向的方式延伸的方柱状体、圆柱状体、圆筒状体、半圆筒状体、螺旋状体、或者截面T字状的棒状体,该截面T字状的棒状体具有与上述发热体引出电极连接的板状的基部和从上述基部向上述发热体引出电极上突出的突条部。
9.根据权利要求7所述的保护元件,其特征在于,上述保持部件形成有遍及与长度方向大致正交的方向的一个或多个贯通或非贯通的狭缝、或者一个或多个贯通或非贯通的开口部。
10.根据权利要求8所述的保护元件,其特征在于,上述保持部件形成有遍及与长度方向大致正交的方向的一个或多个贯通或非贯通的狭缝、或者一个或多个贯通或非贯通的开口部。
11.根据权利要求3所述的保护元件,其特征在于,代替上述第一可熔导体、第二可熔导体或者与上述第一可熔导体、第二可熔导体一起,将多个第一可熔导体片以及第二可熔导体片分别独立地设置在与上述发热体引出电极之间。
12.根据权利要求4所述的保护元件,其特征在于,代替上述第一可熔导体、第二可熔导体或者与上述第一可熔导体、第二可熔导体一起,将多个第一可熔导体片以及第二可熔导体片分别独立地设置在与上述发热体引出电极之间。
13.根据权利要求3所述的保护元件,其特征在于,上述第一可熔导体、第二可熔导体分别具有使内层为低熔点金属层、使外层为高熔点金属层的层叠构造。
14.根据权利要求11所述的保护元件,其特征在于,上述第一可熔导体、第二可熔导体或者上述第一可熔导体片、第二可熔导体片分别具有使内层为低熔点金属层、使外层为高熔点金属层的层叠构造。
15.根据权利要求1或2所述的保护元件,其特征在于,上述发热体和上述发热体引出电极重叠。
16.根据权利要求1所述的保护元件,其特征在于,具备壳体,该壳体覆盖上述绝缘基板的搭载有上述可熔导体的表面,上述保持部件设于上述壳体。
说明书 :
保护元件
技术领域
本申请。
背景技术
件内置过充电保护、过放电保护等几个保护电路,在预定的情况下具有断开蓄电池组件的
输出的功能。
而,即使在因某种原因而FET开关短路破坏了的情况、施加电涌等而流动瞬间的大电流的情
况、或者因蓄电池单元的寿命而输出电压异常下降、或相反地输出过大的异常电压的情况
下,都必须保护蓄电池组件、电子设备点火等事故的影响。因此,为了在这样能够设想的异
常状态下都安全地断开蓄电池单元的输出,使用具有通过来自外部的信号来断开电流路径
的功能的保护元件。
接可熔导体93并构成电流路径的一部分,通过过电流引起的自发热、或者设于保护元件内
部的发热体94熔断该电流路径上的可熔导体93(参照专利文献1)。这种保护元件90中,通过
将熔融的液体状的可熔导体93集中在与发热体94连接的发热体引出电极95、以及第一、第
二电极91、92上,从而将第一、第二电极91、92之间分离并断开电流路径。
密封。另外,保护元件90为了稳定地实现发热体94对可熔导体93的熔断作用,利用罩部件97
设有用于可熔导体93熔融、流动的内部空间。
发明内容
时无法瞬间断开电流之类的问题。
照专利文献1)。
引出电极95这三个电极上配置有可熔导体93。若可熔导体93因发热体94的发热而熔融,则
在三个电极91、92、95上隆起并凝集,从而发热体引出电极95与第一、第二电极91、92之间隔
开间隔而电流被断开。但是,若可熔导体93的体积变大,则如图25(C)(D)所示,熔融导体无
法完全容纳在发热体引出电极95上,而在与第一、第二电极91、92之间产生短路,有可能损
害断开后的绝缘信赖性。
迟,异常时的迅速的通电断开变得困难。
连接;可熔导体,其经由上述发热体引出电极对上述第一电极、第二电极之间进行连接;以
及保持部件,其设置在上述发热体引出电极上,供上述可熔导体熔融后的熔融体濡湿扩展
并保持。
够防止熔融体从发热体引出电极溢出而在与第一、第二电极之间产生短路。
附图说明
的状态的俯视图,图2(D)是表示可熔导体熔断后的状态的侧视图。
的状态的俯视图,图5(D)是表示可熔导体熔断后的状态的侧视图。
的状态的俯视图,图6(D)是表示可熔导体熔断后的状态的侧视图。
后的状态的俯视图,图7(D)是表示可熔导体熔断后的状态的侧视图。
后的状态的俯视图,图8(D)是表示可熔导体熔断后的状态的侧视图。
导体熔断后的状态的俯视图,图9(D)是表示可熔导体熔断后的状态的侧视图。
可熔导体熔断后的状态的俯视图,图11(D)是表示可熔导体熔断后的状态的侧视图。
表示可熔导体熔断后的状态的俯视图,图12(D)是表示可熔导体熔断后的状态的侧视图。
是表示可熔导体片熔断后的状态的俯视图,图13(D)是表示可熔导体片熔断后的状态的侧
视图。
是表示可熔导体片熔断后的状态的俯视图,图14(D)是表示可熔导体片熔断后的状态的侧
视图。
是表示可熔导体片熔断后的状态的俯视图,图15(D)是表示可熔导体片熔断后的状态的侧
视图。
(C)是表示可熔导体片熔断后的状态的俯视图,图16(D)是表示可熔导体片熔断后的状态的
侧视图。
视图,图17(C)是表示可熔导体片熔断后的状态的俯视图,图17(D)是表示可熔导体片熔断
后的状态的侧视图。
的主视图,图18(C)是表示可熔导体片熔断后的状态的俯视图,图18(D)是表示可熔导体片
熔断后的状态的侧视图。
视图,图19(C)是表示可熔导体片熔断后的状态的俯视图,图19(D)是表示可熔导体片熔断
后的状态的侧视图。
(C)是表示可熔导体片熔断后的状态的俯视图,图20(D)是表示可熔导体片熔断后的状态的
侧视图。
图25(D)是表示可熔导体熔断后的状态的侧视图。
具体实施方式
外,附图是示意性的图,各尺寸的比率等有时与现实的尺寸不同。具体的尺寸等应参考以下
的说明来判断。另外,不言而喻,附图相互间也包含相互的尺寸关系或比率不同的部分。
离子二次电池的充电放电路径上装入有第一、第二可熔导体31、32。并且,电路模块3若流动
超过保护元件1的额定值的大电流,则第一、第二可熔导体31、32因自发热(焦耳热)而熔断,
由此断开电流路径。另外,电路模块3通过设于电路基板2等的电流控制元件在预定的时机
向发热体14通电,通过发热体14的发热,使第一、第二可熔导体31、32熔断,从而能够断开电
流路径。此外,图1(A)是省略壳体来表示应用了本发明的保护元件1的俯视图,图1(B)是应
用了本发明的电路模块3的剖视图。
重叠的方式层叠于绝缘部件15上的发热体引出电极16;以从第一电极11遍及发热体引出电
极16的方式搭载的第一可熔导体31;以从第二电极12遍及发热体引出电极16的方式搭载的
第二可熔导体32;以及设置在发热体引出电极16上且供第一、第二可熔导体31、32熔融后的
熔融体濡湿扩展发并保持在发热体引出电极16上的保持部件24。
使用的材料,但需要留意第一、第二可熔导体31、32的熔断时的温度。
有第一、第二可熔导体31、32从而经由第一、第二可熔导体31、32以及发热体引出电极16而
电连接。另外,如图2(C)(D)所示,就第一、第二电极11、12而言,向保护元件1流动超过额定
值的大电流,第一、第二可熔导体31、32因自发热(焦耳热)而熔断,或者发热体14伴随通电
而发热,第一、第二可熔导体31、32在与发热体引出电极16之间熔断,从而断开。
经由这些外部连接电极11a、12a而与形成有外部电路的电路基板2连接,构成该外部电路的
通电路径的一部分。
Pd/Au电镀等的覆膜。由此,保护元件1能防止第一、第二电极11、12的氧化,并能够防止伴随
导通电阻的上升的额定值的变动。另外,在回流安装保护元件1的情况下,通过连接第一、第
二可熔导体31、32的连接用焊锡或者形成第一、第二可熔导体31、32的外层的低熔点金属熔
融,能够防止使第一、第二电极11、12熔化(焊锡腐蚀)。
与树脂粘合剂等混合而成为胶状,使用丝网印刷技术将其在绝缘基板10上进行图案形成,
并通过烧成等而形成。另外,发热体14的一端与第一发热体电极18连接,另一端与第二发热
体电极19连接。
好地传递至发热体引出电极16。此外,为了将发热体14的热效率良好地传递至第一、第二可
熔导体31、32,也可以在发热体14与绝缘基板10之间层叠绝缘部件15。作为绝缘部件15,例
如能够使用玻璃。
第二发热体电极19形成于绝缘基板10的第四侧面10e侧。另外,第二发热体电极19经由形成
于第四侧面10e的牒而与形成于绝缘基板10的背面10f的外部连接电极19a连接。
连接电极19a通电,且发热,由此能够熔断连接第一、第二电极11、12的第一、第二可熔导体
31、32。另外,发热体14通过第一、第二可熔导体31、32熔断,从而自身的通电路径也被断开,
因此停止发热。
发热体引出电极16上相互隔开间隔。
极12侧的侧缘部和第二电极12连接。由此,保护元件1构成遍及第一电极11、第一可熔导体
31、发热体引出电极16、第二可熔导体32、第二电极12的通电路径。
电极11、12间的通电路径。由此,保护元件1与以遍及第一、第二电极间并跨越发热体引出电
极的方式搭载一个可熔导体的现有的保护元件相比,可削减发热体引出电极16上的第一、
第二可熔导体31、32间的可熔导体的体积。
14的正上方,因此比第一、第二电极11、12间先熔融。
并且能够使发热体的热效率良好地传递至应该熔断的第一电极11与发热体引出电极16之
间、以及第二电极12与发热体引出电极16之间的第一、第二可熔导体31、32,能够迅速地断
开第一、第二电极11、12间的通电路径。
元件相比,也维持电流额定值。因此,相对于具备相同的电流额定值的现有的保护元件,也
能削减应该熔断的可熔导体的体积,相应地,能够迅速地断开第一、第二电极11、12间的通
电路径。
高通电断开后的绝缘信赖性(参照图2(C)(D))。
内层为低熔点金属且使外层为高熔点金属的层叠体。第一、第二可熔导体31、32例如能够由
焊锡箔等构成内层的低熔点金属层33,由Ag电镀层等构成外层的高熔点金属层34。第一、第
二可熔导体31、32通过具有使内层为低熔点金属层33、使外层为高熔点金属层34的层叠构
造,从而在回流安装保护元件1的情况下,即使回流温度超过低熔点金属的熔融温度而低熔
点金属熔融,也可抑制低熔点金属向外部流出,能够维持第一、第二可熔导体31、32的形状。
因此,能够防止第一、第二可熔导体31、32因伴随变形而电阻值局部地变高或者变低等而在
预定的温度未熔断、或者在低于预定的温度熔断等的熔断特性的变动。另外,第一、第二可
熔导体31、32在熔断时通过低熔点金属熔融而使高熔点金属熔化(焊锡腐蚀),从而能够在
高熔点金属的熔点以下的温度迅速地熔断。
发热体引出电极16上设置保持部件24,能够使发热体引出电极16上的熔融体的保持量增
加,即使在伴随额定值的提高而可熔导体大型化的情况下,也能够防止熔融体从发热体引
出电极16溢出而在与第一、第二电极11、12之间产生短路。
能够用作将第一、第二可熔导体31、32连接于发热体引出电极16的连接材料。
一、第二可熔导体31、32那样以遍及第一、第二电极11、12间的方式分割配置于与发热体引
出电极16之间的情况下,通过将保持部件24设置在第一可熔导体与第二可熔导体之间,能
够效率良好地保持两可熔导体31、32的熔融体,能够可靠地断开第一电极11侧的电流路径
以及第二电极12侧的电流路径这双方。
及第一、第二可熔导体31、32的整个宽度地使熔融体濡湿扩展,从而能够防止第一、第二电
极11、12与发热体引出电极16的短路。
出电极16的熔融体的保持量增大,并且能够防止熔融体在第一、第二电极11、12的长度方向
的两端部与发热体引出电极16产生短路。
发热体引出电极16的长度方向的两端部与第一、第二电极11、12产生短路。
好的电镀处理等的表面处理。例如,保持部件24通过利用镀锡、镀镍等来实施表面处理,从
而提高熔融体的濡湿性,并且能够防止氧化。
一、第二可熔导体31、32的熔融体濡湿扩展的表面积增大,从而能够使发热体引出电极16上
的熔融体的保持量增加。
周围濡湿扩展,另外发热体引出电极16上的熔融体的保持性也变高。
还能够期待熔融体向圆筒内部流入,能够保持更多的熔融体。
以外,能够使更多的熔融体流入圆筒内部,能够保持更多的熔融体。
金属、实施了电镀处理的线材而成,能够利用毛细管现象来在线材的狭小的螺距间流入并
保持第一、第二可熔导体31、32的熔融体。
热体引出电极16上突出的突条部29的截面T字状的棒状体。截面T字状的保持部件24F具备
基部28,能够稳定地搭载在发热体引出电极16上,并且通过扩大突条部29的高度、宽度,从
而能够使第一、第二可熔导体31、32的熔融体濡湿扩展的表面积增大,能够使发热体引出电
极16上的熔融体的保持量增加。
濡湿扩展的表面积增加,并且能够利用通往狭小的狭缝、开口部的毛细管现象来流入并保
持更多的熔融体。
的保持部件24C朝向发热体引出电极16侧设置该狭缝26。由此,圆筒状的保持部件24C使毛
细管现象作用于发热体引出电极16与狭缝26之间,能够向圆筒内部拉入并保持第一、第二
可熔导体31、32的熔融体。
口部27。由此,半圆筒状的保持部件24D使毛细管现象作用于发热体引出电极16与开口部27
之间,能够向圆筒内部拉入并保持第一、第二可熔导体31、32的熔融体。
也通过朝向发热体引出电极16侧设置狭缝26、开口部27,从而使毛细管现象作用于发热体
引出电极16与狭缝26、开口部27之间,能够向狭缝26、开口部27的内部拉入并保持第一、第
二可熔导体31、32的熔融体。另外,保持部件24也可以在截面T字状的保持部件24F的突条部
29形成一个或者多个贯通或者非贯通的狭缝26、开口部27。
列有多个小的保持部件。保持可熔导体的熔融体的保持部件24的形状、配置能够根据熔融
体的保持量、可熔导体的形状、配置等的保护元件的布局而适当设定。
在设有可熔导体13的绝缘基板10的表面10a上的侧面21、和覆盖在绝缘基板10的表面10a上
的顶面22,在绝缘基板10的表面10a上具有可熔导体13熔融时呈球状地膨胀且熔融导体凝
集于发热体引出电极16、第一、第二电极11、12上的充足的内部空间。
电极16上对置。此时,保持部件24既可以与发热体引出电极16的表面相接、接近,但是也可
以不相接。另外,保持部件24也可以经由设于发热体引出电极16的表面的上述的连接材料
25而与发热体引出电极16连接。
一、第二可熔导体31、32并与发热体引出电极16连接的结构以外,也可以以遍及第一、第二
电极11、12间的方式跨越发热体引出电极16地搭载一个可熔导体。
独立地排列连接多个小的第一、第二可熔导体片31A、32A。可熔导体片31A、32A由与第一、第
二可熔导体31、32相同的材料形成,大小形成为比第一、第二可熔导体31、32小。此外,就图
13(A)~(D)~图20(A)~(D)所示的保护元件1而言,也可以代替第一、第二可熔导体31、32,
而搭载多个第一可熔导体片31A-1、31A-2、31A-3以及第二可熔导体片32A-1、32A-2、
32A-3,除此以外是与上述的图2(A)~(D)~图8(A)~(D)所示的结构相同的结构。
例如,在上述的由以内层的低熔点金属层为外层的高熔点金属层覆盖的层叠型的可熔导体
中,若平面尺寸变大,则在回流加热时等,内层的低熔点金属层熔融且流动,从而容易产生
变形。由此,可熔导体产生厚度局部地变厚的部位和变薄的部位,使电阻值产生偏差,存在
无法维持熔断特性的可能性。
性。
的接触面积变大,因此若因低熔点金属层加热、流动而高熔点金属层变形,则存在破坏跨越
的发热体引出电极(剥落)的可能性。但是,保护元件1通过分割为多个可熔导体片31A、32A
并连接,从而可抑制变形,也没有破坏发热体引出电极16的风险,从而能够提高热冲击的耐
性。
度方向相对于通电方向呈任意的角度的方式倾斜。保护元件1通过相对于通电方向倾斜地
连接可熔导体片31A、32A,从而改变对第一、第二电极11、12以及发热体引出电极16的设置
面积,从而能够调整元件整体的电流容量。
二可熔导体31、32相同,例如能够由焊锡箔等构成内层的低熔点金属层33,由Ag电镀层等构
成外层的高熔点金属层34。可熔导体片31A、32A通过具有使内层为低熔点金属层33、使外层
为高熔点金属层34的层叠构造,从而能够实现小型化和高额定值化,并且在回流安装保护
元件1的情况下,即使回流温度超过低熔点金属的熔融温度而低熔点金属熔融,也能够维持
形状,并能够防止熔断特性的变动。另外,可熔导体片31A、32A通过熔断时也使低熔点金属
熔融,并使高熔点金属熔化(焊锡腐蚀),从而能够以高熔点金属的熔点以下的温度迅速地
熔断。
熔导体片31A和可熔导体片32A而使形状、大小、个数不同。另外,保护元件1既可以使多个可
熔导体片31A中的形状、大小不同,也可以使多个可熔导体片32A中的形状、大小不同。另外,
保护元件1既可以仅使第一、第二可熔导体31、32一方由可熔导体片形成,或者也可以并用
第一、第二可熔导体31、32和可熔导体片31A、32A。保护元件1通过适当变更各可熔导体片
31A、32A的大小、个数,来使各可熔导体片31A、32A的电阻值在每个场所变化,从而能够调整
第一、第二可熔导体31、32的熔断的顺序、或者多个可熔导体片31A、32A内的各可熔导体片
的熔断的顺序、速度等。
路基板2具有通过回流等表面安装保护元件1的安装部,在安装部内设有连接电极,该连接
电极分别与保护元件1的设于绝缘基板10的背面10f的外部连接端子11a、12a、19a连接。此
外,电路基板2安装有向保护元件1的发热体14通电的FET等元件。
44的电压的检测电路46;以及根据检测电路46的检测结果来控制保护元件1的动作的电流
控制元件47。
装卸地与充电装置55连接,被施加来自充电装置55的充电电压。通过将利用充电装置55充
电后的蓄电池组件40的正极端子40a、负极端子40b与利用蓄电池进行动作的电子设备连
接,从而能够使该电子设备动作。
控制元件51、52例如由电场效应晶体管(以下称为FET。)构成,通过由控制部53控制栅极电
压,来控制蓄电池组45的电流路径的导通和断开。控制部53从充电装置55接受电力供给而
动作,根据检测电路46的检测结果,在蓄电池组45为过放电或者过充电时,以断开电流路径
的方式,控制电流控制元件51、52的动作。
元41~44成为过充电电压或者过放电电压时,输出控制电流控制元件47的控制信号。
不依赖于电流控制元件51、52的开关动作而断开蓄电池组45的充电放电电流路径的方式进
行控制。
熔导体31以及第二可熔导体32连接的发热体引出电极16而通电并发热来使第一、第二可熔
导体31、32熔融的发热体14构成的电路结构。另外,在保护元件1中,例如,第一、第二可熔导
体31、32在充电放电电流路径上串联连接,发热体14与电流控制元件47连接。保护元件1的
第一电极11经由外部连接电极11a而与蓄电池组45的敞开端连接,第二电极12经由外部连
接电极12a而与蓄电池组件40的正极端子40a侧的敞开端连接。另外,发热体14通过经由发
热体引出电极16而与第一、第二可熔导体31、32连接,从而与蓄电池组件40的充电放电电流
路径连接,另外,经由第二发热体电极19以及外部连接电极19a而与电流控制元件47连接。
护元件1通过第一、第二可熔导体31、32熔断而能够可靠地断开电流路径。另外,通过第一、
第二可熔导体31、32熔断,从而向发热体14的供电路径也被断开,因此发热体14的发热也停
止。
流路径。
的提高而可熔导体大型化的情况下,也能够防止熔融体从发热体引出电极16溢出而在与第
一、第二电极11、12之间产生短路。
体的现有的保护元件相比,可削减发热体引出电极16上的可熔导体的体积,因此能够削减
在电流断开时因发热体14的发热而应该熔融的可熔导体的体积,能够迅速地断开第一、第
二电极11、12间的通电路径。
高通电断开后的绝缘信赖性(参照图2(C)(D))。
部连接电极,12—第二电极,12a—外部连接电极,14—发热体,15—绝缘部件,16—发热体
引出电极,18—第一发热体电极,19—第二发热体电极,19a—外部连接电极,20—壳体,
21—侧面,21a—角部,22—顶面,24—保持部件,25—连接材料,26—狭缝,27—开口部,
28—基部,29—突条部,31—第一可熔导体,32—第二可熔导体,40—蓄电池组件,41~44—
蓄电池单元,45—蓄电池组,46—检测电路,47—电流控制元件,50—充电放电控制电路,
51、52—电流控制元件,53—控制部,55—充电装置。