JP6151550B2

JP6151550B2 - 保護素子

Info

Publication number: JP6151550B2
Application number: JP2013092328A
Authority: JP
Inventors: 千智小森; 幸市向; 古田　和隆; 和隆古田; 利顕荒木; 康二江島; 貴史藤畑
Original assignee: Dexerials Corp
Current assignee: Dexerials Corp
Priority date: 2013-04-25
Filing date: 2013-04-25
Publication date: 2017-06-21
Anticipated expiration: 2033-04-25
Also published as: CN105122413B; WO2014175379A1; TW201503200A; US10109439B2; TWI653653B; KR102256148B1; US20160049272A1; KR20160003049A; JP2014216167A; CN105122413A

Description

本発明は、過充電、過放電等の異常時に、電流経路を遮断する保護素子に関する。

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。

この種の保護素子には、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ものがある。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ている。

図１５（Ａ）及び図１５（Ｂ）に示すように、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８０としては、電流経路上に接続された第１及び第２の電極８１，８２間に亘って可溶導体８３を接続して電流経路の一部をなし、この電流経路上の可溶導体８３を、過電流による自己発熱、あるいは保護素子８０内部に設けた発熱抵抗体８４によって溶断するものがある。このような保護素子８０では、溶融した液体状の可溶導体８３を第１及び第２の電極８１，８２上に集めることにより電流経路を遮断する。

また、図１５に記載されているような保護素子８０においては、リフローはんだ付け等により実装される際の加熱により溶融しないように、一般的に、可溶導体８３として融点が３００℃以上のＰｂ入り高融点半田が用いられている。また、可溶導体８３を加熱すると酸化が進み溶断を阻害するため、可溶導体８３に生成された酸化膜を除去するとともに、可溶導体８３の濡れ性を向上させるためにフラックス８５を積層することも行われている。

特開２０１０−００３６６５号公報特開２００４−１８５９６０号公報特開２０１２−００３８７８号公報

近年のリチウムイオン二次電池の高容量化、高出力化に伴い、リチウムイオン二次電池向けの保護回路の保護素子８０についても、定格の向上が求められている。また、電子機器の小型化、薄型化に伴い、保護素子８０としても更なる小型化、薄型化が求められている。

定格を向上させ、より多くの電流を流すためには、可溶導体８３の導体抵抗を下げることが求められる。可溶導体８３の抵抗を下げるためには、（１）導体の断面積を大きくすること、（２）可溶導体８３が配置される第１及び第２の電極８１，８２間の導電距離を短くすることが有効となる。また、可溶導体８３と第１及び第２の電極８１，８２との接続抵抗も保護素子８０の定格に影響するため、（３）可溶導体８３と第１及び第２の電極８１，８２との接続面積を大きくすることも有効となる。

そして、保護素子８０として小型化、薄型化が求められていることから、（１）の導体断面積を大きくすることには限度があり、（２）導電距離の短縮化、及び（３）可溶導体８３と第１及び第２の電極８１，８２との接続面積の増大が、保護素子の定格向上を図る上で有効となる。そのため、可溶導体８３の形状は、図１６に示すように、第１、第２の電極８１，８２間距離Ｄ１において短く、第１、第２の電極８１，８２との接続距離Ｄ２において長い、矩形状をなす。

ここで、可溶導体８３上に配置され、酸化防止、濡れ性の向上を図るフラックス８５も、可溶導体８３の形状に応じて楕円形状に保持されることが望ましい。しかし、楕円形状のフラックスは、長軸の両側にいくほど張力が強くなり、少しの傾きで長軸の一方側に偏りやすく、発熱抵抗体８４の中心から偏倚して保持されてしまい、可溶導体８５の全体にわたって拡散せず溶断時間が延びてしまう。

そのため、可溶導体８５上に配置されるフラックスは真円形状で保持されることが、発熱抵抗体８４の中心上に保持する上で好ましい。しかし、定格向上を図るために矩形状をなす可溶導体８３上においては、真円形状のフラックスは、可溶導体８３の短辺の長さで径の大きさが決まるため、可溶導体８３の全面積をカバーするには保持量が不足してしまい、酸化防止や濡れ性の向上を図ることができない。

そこで、本発明は、矩形状の可溶導体上においても、フラックスを可溶導体の全面にわたって均一に拡散させることができる保護素子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、本発明に係る保護素子は、絶縁基板と、上記絶縁基板に配置された発熱抵抗体と、上記絶縁基板に積層された第１及び第２の電極と、上記発熱抵抗体と絶縁された状態で重畳され、上記第１及び第２の電極の間の電流経路上で該発熱抵抗体に電気的に接続された発熱体引出電極と、上記発熱体引出電極から上記第１及び第２の電極にわたって積層され、熱により溶断することにより、該第１の電極と該第２の電極との間の電流経路を遮断する矩形状の可溶導体と、上記可溶導体上に配置された複数のフラックスとを備え、上記複数のフラックスは、上記発熱抵抗体に沿って配置されているものである。

本発明によれば、フラックスが発熱抵抗体に沿って複数設けられているため。複数のフラックスによって矩形状の可溶導体表面を広範囲にカバーすることができるとともに、発熱抵抗体の発熱により、フラックスを可溶導体の全面にわたって均一に拡散させる。したがって、本発明に係る保護素子は、可溶導体の酸化防止や濡れ性の向上によって、第1及び第２の電極間の電流経路を速やかに溶断することができる。

本発明が適用された保護素子を示す図であり、（Ａ）はカバー部材を透過して示す平面図、（Ｂ）は断面図である。フラックスを発熱抵抗体の発熱中心上に配置した保護素子を、カバー部材を透過して示す平面図である。フラックスを可溶導体の溶断部上に配置した保護素子を、カバー部材を透過して示す平面図である。（Ａ）（Ｂ）は、フラックスを発熱抵抗体の発熱中心上及び可溶導体の溶断部上に配置した保護素子の一例を、カバー部材を透過して示す平面図である。発熱抵抗体の発熱中心上及び可溶導体の溶断部上に亘る大径のフラックスを配置した保護素子を、カバー部材を透過して示す平面図である。フラックスを対象に配置した保護素子を、カバー部材を透過して示す平面図である。フラックスを対象に配置した保護素子を、カバー部材を透過して示す平面図である。フラックスを非対象に配置した保護素子を、カバー部材を透過して示す平面図である。フラックスの保持機構として可溶導体に保持孔を設けた保護素子を示す断面図である。フラックスの保持機構として可溶導体に凸部を設けた保護素子を示す断面図である。フラックスの保持機構としてリブが形成された保持部材を設けた保護素子を示す断面図である。フラックスの保持機構として凸部が形成された可溶導体及び保持部材を設けた保護素子を示す断面図である。バッテリパックの回路構成を示す回路図である。本発明が適用された保護素子の等価回路である。従来の保護素子を示す図であり（Ａ）は斜視図、（Ｂ）は断面図である。矩形状の可溶導体を用いた保護素子の一部を示す斜視図である。

以下、本発明が適用された保護素子について、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。

［保護素子の構成］
図１（Ａ）（Ｂ）に示すように、本発明が適用された保護素子１０は、絶縁基板１１と、絶縁基板１１に積層され、絶縁部材１５に覆われた発熱抵抗体１４と、絶縁基板１１の両端に形成された電極１２（Ａ１），１２（Ａ２）と、絶縁部材１５上に発熱抵抗体１４と重畳するように積層された発熱体引出電極１６と、両端が電極１２（Ａ１），１２（Ａ２）にそれぞれ接続され、中央部が発熱体引出電極１６に接続された可溶導体１３と、可溶導体１３上に設けられ、可溶導体１３に発生する酸化膜を除去するとともに可溶導体１３の濡れ性を向上させる複数のフラックス１７とを備える。

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、ヒューズ溶断時の温度に留意する必要がある。

発熱抵抗体１４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。

発熱抵抗体１４を覆うように絶縁部材１５が配置され、この絶縁部材１５を介して発熱抵抗体１４に対向するように発熱体引出電極１６が配置される。発熱抵抗体１４の熱を効率良く可溶導体１３に伝えるために、発熱抵抗体１４と絶縁基板１１の間に絶縁部材１５を積層しても良い。絶縁部材１５としては、例えばガラスを用いることができる。

発熱体引出電極１６は、発熱抵抗体１４の一端と連続されるとともに、一端が発熱体電極１８（Ｐ１）に接続され、他端が発熱抵抗体１４を介して他方の発熱体電極１８（Ｐ２）に接続されている。

可溶導体１３は、発熱抵抗体１４の発熱により速やかに溶断される材料からなり、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、可溶導体１３は、Ｉｎ、Ｐｂ、Ａｇ、Ｃｕ等の合金を用いてもよく、あるいは低融点金属と、Ａｇ、Ｃｕ又はこれらを主成分とする合金等の高融点金属との積層体であってもよい。

なお、可溶導体１３は、発熱体引出電極１６及び電極１２（Ａ１），１２（Ａ２）へ、ハンダ等により接続されている。可溶導体１３は、リフローはんだ付けによって容易に接続することができる。

また、保護素子１０は、内部を保護するために、絶縁基板１１上にカバー部材１９が設けられている。

保護素子１０は、可溶導体１３が、絶縁部材１５及び発熱体引出電極１６を介して、発熱抵抗体１４と重畳した位置に設けられることにより、発熱抵抗体１４が発した熱を効率よく可溶導体１３に伝え、速やかに溶断させることができる。

ここで、保護素子１０は、定格を向上させ、より多くの電流を流すために、可溶導体１３の導体抵抗を下げることが求められる。そのため、保護素子１０は、電極１２（Ａ１）（Ａ２）間の導電距離の短縮化、及び可溶導体１３と電極１２（Ａ１）（Ａ２）との接続面積の増大が図られ、図１（Ａ）に示すように、可溶導体１３の形状が、電極１２（Ａ１）（Ａ２）間距離Ｄ１において短く、電極（Ａ１）（Ａ２）との接続距離Ｄ２において長い、平面視で矩形状をなす。

また、可溶導体１３の矩形化に応じて、発熱抵抗体１４、絶縁部材１５及び発熱体引出電極１６も、電極１２（Ａ１）（Ａ２）間において短く、電極（Ａ１）（Ａ２）の長辺に沿って長い、矩形状をなす。

［フラックス１７の配置］
可溶導体１３の表面には、複数のフラックス１７が設けられている。各フラックスは、略真円形状をなし、張力が全体にわたって均一に作用し左右に偏倚することなくバランスよく保持されている。

フラックス１７は、発熱抵抗体１４に沿って複数設けられている。これにより、保護素子１０は、複数のフラックスが矩形状の可溶導体１３表面を広範囲にカバーすることができ、発熱抵抗体１４の発熱により、フラックス１７を可溶導体１３の全面にわたって均一に拡散させる。したがって、保護素子１０は、可溶導体１３の酸化防止や濡れ性の向上によって、電極１２（Ａ１）（Ａ２）間の電流経路を速やかに溶断することができる。

複数のフラックス１７は、例えば、図１（Ａ）に示すように、可溶導体１３表面上において、発熱抵抗体１４と重畳する位置に、発熱抵抗体１４に沿って設けられている。これにより、複数のフラックス１７は、発熱抵抗体１４の熱により可溶導体１３の発熱抵抗体１４との重畳位置から外縁部にかけて拡散し、可溶導体１３の全面にわたって均一に拡散することで、可溶導体１３を速やかに溶断することができる。

このとき、図２に示すように、少なくとも一つのフラックス１７は、発熱抵抗体１４の発熱中心１４ａ上に配置されていることが好ましい。発熱抵抗体１４の発熱中心１４ａは、絶縁基板１１上に設けられた矩形状の発熱抵抗体１４の中央部をいう。発熱抵抗体１４は、外部と接する外縁部から熱が逃げていくことから、外縁部から離れている発熱中心１４ａが最も温度が高く、外縁部に向かって低くなる温度分布を有する。

保護素子１０は、発熱中心１４ａ上にフラックス１７を配置することにより、当該フラックス１７が発熱抵抗体１４の温度分布に対応して、発熱中心１４ａより外縁部に向かって放射状に拡散する。すなわち、発熱中心１４ａにフラックス１７を設けていない場合、最も温度が高い発熱中心１４ａに向かってはフラックス１７は拡散しにくく、発熱中心１４ａ上にフラックス１７が行き渡らない恐れがある。

したがって、保護素子１０は、予めフラックス１７が拡散しにくい発熱抵抗体１４の発熱中心１４ａ上にフラックスを配置することにより、確実にフラックス１７を可溶導体１３の全面に拡散させることができる。

［溶断部］
また、複数のフラックス１７は、図３に示すように、可溶導体１３表面の発熱体引出電極１６と電極（Ａ１）（Ａ２）との間の溶断部１３ａに、発熱抵抗体１４に沿って配置してもよい。可溶導体１３は、発熱体引出電極１６及び電極１２（Ａ１），１２（Ａ２）間に亘って接続され、過電流による自己発熱（ジュール熱）や、発熱抵抗体１４の熱により溶融し、発熱体引出電極１６と、電極１２（Ａ１），１２（Ａ２）間が溶断される。これにより、保護素子１３は、電流経路を遮断する。可溶導体１３の溶断部１３ａとは、図３に示すように、発熱体引出電極１６及び電極１２（Ａ１），１２（Ａ２）間に亘って接続された可溶導体１３における溶断箇所をいい、具体的には、発熱体引出電極１６と電極１２（Ａ１）との間、及び発熱体引出電極１６と電極１２（Ａ２）との間をいう。

そして、保護素子１０は、可溶導体１３の溶断部１３ａ上に、発熱抵抗体１４に沿って配置することにより、発熱体引出電極１６と電極１２（Ａ１），１２（Ａ２）との間における可溶導体１３の酸化を防止し、速やかに溶断部１３ａを溶断させて電極１２（Ａ１），１２（Ａ２）間の電流経路を遮断することができる。

また、複数のフラックス１７は、図４（Ａ）（Ｂ）に示すように、発熱抵抗体１４の発熱中心１４ａ上、及び可溶導体１３の溶断部１３ａに、それぞれ発熱抵抗体１４に沿って配置してもよい。また、図５に示すように、発熱抵抗体１４と重畳する位置に、可溶導体１３の溶断部１３ａまでカバーする大きさの複数のフラックス１７を、発熱抵抗体１４に沿って配置してもよい。また、図４、図５に示すように、いずれの場合も、保護素子１０は、発熱抵抗体１４の発熱中心１４ａ上にフラックス１７を配置することが好ましい。

それぞれ、最も温度が高く拡散しにくい発熱中心１４ａより外縁部に向かって放射状に拡散し、確実にフラックス１７を可溶導体１３の全面に拡散させることができる。また、それぞれ、確実に溶断させる必要がある発熱体引出電極１６と電極１２（Ａ１），１２（Ａ２）との間の可溶導体１３の溶断部１３ａの酸化を防止し、速やかに溶断することができる。

［対称配置］
また、複数のフラックス１７は、発熱抵抗体１４の発熱中心１４ａに対して対象に配置することが好ましい。これにより、フラックス１７を可溶導体１３の全面にわたって均一に拡散させることができ、製品ごとに溶断特性がばらつくことなく、安定して速やかな溶断を実現できる。

複数のフラックス１７は、図６に示すように、発熱抵抗体１４の発熱中心１４ａに対して左右対称に配置してもよく、あるいは図７に示すように、点対称に配置してもよい。このとき、複数のフラックス１７は、発熱抵抗体１４の発熱中心１４ａに一つ配置するとともに、発熱中心１４ａに対して対称配置することから奇数個となる。

なお、複数のフラックス１７は、発熱抵抗体１４の発熱中心１４ａに対して非対称に配置してもよい。この場合、複数のフラックス１７は、図８に示すように、発熱抵抗体１４の発熱中心１４ａに一つ配置するとともに、左右で大きさの異なるフラックス１７を配置し、左右のフラックス１７の総体積は等しくすることが好ましい。すなわち、フラックス１７の総体積を発熱中心１４ａに対して対称とすることにより、対称配置した場合と同様に、可溶導体１３の全面にわたって均一にフラックス１７を拡散させることができる。

［保持機構］
保護素子１０は、複数のフラックス１７を上述した可溶導体１３上の所定の位置に保持する保持機構を有する。保持機構としては、例えば図１（Ａ）（Ｂ）に示すように、カバー部材１９の上面１９ａにリブ２１を設けることにより構成することができる。リブ２１は、カバー部材１９の上面１９ａより保護素子１０の内部に突出して設けられ、例えば円形の側壁からなる。複数のフラックス１７は、リブ２１との張力によって、当該リブ２１と可溶導体１３の表面との間に保持される。リブ２１は、一つのフラックス１７に応じて一つ設けられ、上述した複数のフラックス１７の配置に応じた位置に、複数形成されている。

なお、フラックス１７の径は、リブ２１の径によって決まるため、リブ２１は、各フラックス１７の大きさに応じた径を有する。また、リブ２１は、側壁の一部に高さ方向のスリットを形成してもよい。

また、保護素子１０は。保持機構として、図９に示すように、可溶導体１３の表面に保持孔２２を形成してもよい。フラックス１７は、保持孔２２内に充填されることにより、可溶導体１３上の所定の位置に保持される。保持孔２２は、可溶導体１３をプレス等により成形する際に同時に形成することができ、可溶導体１３を貫通する貫通孔であってもよく、可溶導体１３の表面に設けられた非貫通の凹部であってもよい。保持孔２２は、一つのフラックス１７に応じて一つ設けられ、上述した複数のフラックス１７の配置に応じた位置に、複数形成されている。

なお、保持孔２２は、フラックス１７をバランスよく保持するために、可溶導体１３の表面に円形に開口されていることが好ましい。また、フラックス１７の径は、保持孔２２の径によって決まるため、保持孔２２は、各フラックス１７の大きさに応じた開口径を有する。

また、保護素子１０は。保持機構として、図１０に示すように、可溶導体１３の表面に凸部２３を形成してもよい。保護素子１０は、凸部２３を設けることにより、凸部２３とカバー部材１９の上面１９ａとの間が狭小化され、これにより凸部２３とカバー部材１９の上面１９ａとの間にフラックス１７の張力が働き（毛管現象）、保持することができる。凸部２３は、可溶導体１３をプレス等により成形する際に同時に形成することができ、例えば円柱状に形成される。凸部２３は、一つのフラックス１７に応じて一つ設けられ、上述した複数のフラックス１７の配置に応じた位置に、複数形成されている。

なお、フラックス１７の径は、凸部２３の径によって決まるため、凸部２３は、各フラックス１７の大きさに応じた径を有する。

また、保護素子１０は、保持機構として、図１１に示すように、絶縁基板１１上に設けられフラックス１７を保持する保持部材２４を配設してもよい。保持部材２４は、上述したリブ２１と同様のリブ２４ａが形成され、これによりフラックス１７をリブ２４ａと可溶導体１３の表面との間に保持する。保持部材２４を設けることにより、カバー部材１９の上面１９ａと可溶導体１３の表面とが離間し、フラックス１７をリブ２１で保持できない場合にも、保持部材２４を可溶導体１３の上方の任意の高さに設けることができ、リブ２４ａによって確実にフラックス１７を可溶導体１３の表面の所定の位置に保持することができる。

保持部材２４は、例えば側壁２４ｂが絶縁基板１１に支持されることにより、可溶導体１３の上方に配設されている。なお、保持部材２４は、カバー部材１９の上面１９ａや側壁１９ｂに支持されることにより可溶導体１３の上方に配設されるようにしてもよい。

なお、この場合、可溶導体１３のリブ２４ａと対向する位置に、上述した保持孔２２（図示せず）を設けてもよい。

また、図１２に示すように、保持部材２４は、リブ２４ａを設けることなく、可溶導体１３に上述した凸部２３を設けることによりフラックス１７を保持してもよい。凸部２３を設けることにより、凸部２３と保持部材２４との間が狭小化され、これにより凸部２３と保持部材２４との間にフラックス１７の張力が働き（毛管現象）、保持することができる。

保持部材２４を設けることにより、カバー部材１９の上面１９ａと可溶導体１３の表面に形成した凸部２３とが離間し、フラックス１７を保持できない場合にも、保持部材２４を可溶導体１３の上方の任意の高さに設けることができ、凸部２３との間に張力を働かせて確実にフラックス１７を可溶導体１３の表面の所定の位置に保持することができる。

［保護素子の使用方法］
このような保護素子１０は、図１３に示すように、例えばリチウムイオン二次電池のバッテリパック３０内の回路に組み込まれて用いられる。バッテリパック３０は、例えば、合計４個のリチウムイオン二次電池のバッテリセル３１〜３４からなるバッテリスタック３５を有する。

バッテリパック３０は、バッテリスタック３５と、バッテリスタック３５の充放電を制御する充放電制御回路４０と、バッテリスタック３５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１０と、各バッテリセル３１〜３４の電圧を検出する検出回路３６と、検出回路３６の検出結果に応じて保護素子１０の動作を制御する電流制御素子３７とを備える。

バッテリスタック３５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３１〜３４が直列接続されたものであり、バッテリパック３０の正極端子３０ａ、負極端子３０ｂを介して、着脱可能に充電装置４５に接続され、充電装置４５からの充電電圧が印加される。充電装置４５により充電されたバッテリパック３０の正極端子３０ａ、負極端子３０ｂ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。

充放電制御回路４０は、バッテリスタック３５から充電装置４５に流れる電流経路に直列接続された２つの電流制御素子４１、４２と、これらの電流制御素子４１、４２の動作を制御する制御部４３とを備える。電流制御素子４１、４２は、たとえば電界効果トランジスタ（以下、ＦＥＴと呼ぶ。）により構成され、制御部４３によりゲート電圧を制御することによって、バッテリスタック３５の電流経路の導通と遮断とを制御する。制御部４３は、充電装置４５から電力供給を受けて動作し、検出回路３６による検出結果に応じて、バッテリスタック３５が過放電又は過充電であるとき、電流経路を遮断するように、電流制御素子４１、４２の動作を制御する。

保護素子１０は、たとえば、バッテリスタック３５と充放電制御回路４０との間の充放電電流経路上に接続され、その動作が電流制御素子３７によって制御される。

検出回路３６は、各バッテリセル３１〜３４と接続され、各バッテリセル３１〜３４の電圧値を検出して、各電圧値を充放電制御回路４０の制御部４３に供給する。また、検出回路３６は、いずれか１つのバッテリセル３１〜３４が過充電電圧又は過放電電圧になったときに電流制御素子３７を制御する制御信号を出力する。

電流制御素子３７は、たとえばＦＥＴにより構成され、検出回路３６から出力される検出信号によって、バッテリセル３１〜３４の電圧値が所定の過放電又は過充電状態を超える電圧になったとき、保護素子１０を動作させて、バッテリスタック３５の充放電電流経路を電流制御素子４１、４２のスイッチ動作によらず遮断するように制御する。

以上のような構成からなるバッテリパック３０において、本発明が適用された保護素子１０は、図１４に示すような回路構成を有する。すなわち、保護素子１０は、発熱体引出電極１６を介して直列接続された可溶導体１３と、可溶導体１３の接続点を介して通電して発熱させることによって可溶導体１３を溶融する発熱抵抗体１４とからなる回路構成である。また、保護素子１０では、たとえば、可溶導体１３が充放電電流経路上に直列接続され、発熱抵抗体１４が電流制御素子３７と接続される。保護素子１０の２個の電極１２のうち、一方は、Ａ１に接続され、他方は、Ａ２に接続される。また、発熱体引出電極１６とこれに接続された発熱体電極１８は、Ｐ１に接続され、他方の発熱体電極１８は、Ｐ２に接続される。

このような回路構成からなる保護素子１０は、発熱抵抗体１４の発熱により可溶導体１３を溶断することにより、確実に電流経路を遮断することができる。

なお、本発明の保護素子は、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。

１０保護素子、１１絶縁基板、１２電極、１３可溶導体、１３ａ溶断部、１４発熱抵抗体、１５絶縁部材、１６発熱体引出電極、１８発熱体電極、１９カバー部材、２１リブ、２２保持孔、２３凸部、２４保持部材、２４ａリブ、２４ｂ側壁、３０バッテリパック、３１〜３４バッテリセル、３６検出回路、３７電流制御素子、４０充放電制御回路、４１，４２電流制御素子、４３制御部、４５充電装置

Claims

絶縁基板と、
上記絶縁基板に配置された発熱抵抗体と、
上記絶縁基板に積層された第１及び第２の電極と、
上記発熱抵抗体と絶縁された状態で重畳され、上記第１及び第２の電極の間の電流経路上で該発熱抵抗体に電気的に接続された発熱体引出電極と、
上記発熱体引出電極から上記第１及び第２の電極にわたって積層され、熱により溶断することにより、該第１の電極と該第２の電極との間の電流経路を遮断する矩形状の可溶導体と、
上記可溶導体上に配置された複数のフラックスとを備え、
上記複数のフラックスは、上記発熱抵抗体に沿って配置されている保護素子。
少なくとも一つの上記フラックスは、上記発熱抵抗体の発熱中心上に配置されている請求項１記載の保護素子。
上記複数のフラックスは、上記発熱抵抗体上に沿って配置されている請求項１又は２に記載の保護素子。
上記複数のフラックスは、それぞれ上記可溶導体の上記発熱抵抗体上から溶断部上にわたってカバーしている請求項３記載の保護素子。
上記複数のフラックスは、上記発熱体引出電極と上記第１及び第２の電極の間の溶断部に沿って配置されている請求項１に記載の保護素子。
上記複数のフラックスは、上記発熱抵抗体上と、上記発熱体引出電極と上記第１及び第２の電極の間の溶断部とに沿って配置されている請求項１又は２に記載の保護素子。
上記複数のフラックスは、上記発熱抵抗体の発熱中心に対して対称に配置されている請求項１〜６のいずれか１項に記載の保護素子。
上記複数のフラックスのそれぞれを、上記可溶導体上の所定の位置に保持する保持機構を有する請求項１〜７のいずれか１項に記載の保護素子。
上記絶縁基板上を覆うカバー部材を有し、
上記複数のフラックスは、それぞれ上記カバー部材に設けられたリブによって所定の位置に保持されている請求項８記載の保護素子。
上記可溶導体は、上記フラックスを保持する保持孔が設けられ、
上記複数のフラックスは、それぞれ上記可溶導体に設けられた上記保持孔によって所定の位置に保持されている請求項８記載の保護素子。
上記絶縁基板上を覆うカバー部材を有し、
上記可溶導体は、上記カバー部材との間で上記フラックスを保持する凸部が設けられ、
上記複数のフラックスは、それぞれ上記可溶導体に設けられた上記凸部と上記カバー部材との間の所定の位置に保持されている請求項８記載の保護素子。
上記絶縁基板上に設けられたフラックス保持部材を有し、
上記複数のフラックスは、それぞれ上記フラックス保持部材に設けられたリブによって所定の位置に保持されている請求項８記載の保護素子。
上記絶縁基板上に設けられたフラックス保持部材を有し、
上記可溶導体は、上記フラックス保持部材との間で上記フラックスを保持する凸部が設けられ、
上記複数のフラックスは、それぞれ上記可溶導体に設けられた上記凸部と上記フラックス保持部材との間の所定の位置に保持されている請求項８記載の保護素子。