JP6254859B2 - Breaking element, breaking element circuit, - Google Patents
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Description
本発明は、電源ラインや信号ラインを遮断する遮断素子、及び遮断素子回路に関し、小型化、高定格化に優れる遮断素子、及び遮断素子回路に関する。 The present invention relates to a cutoff element and a cutoff element circuit that cut off a power supply line and a signal line, and relates to a cutoff element and a cutoff element circuit that are excellent in miniaturization and high rating.
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。 Many secondary batteries that can be charged and used repeatedly are processed into battery packs and provided to users. Particularly in lithium ion secondary batteries with high weight energy density, in order to ensure the safety of users and electronic devices, in general, 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.
この種の遮断素子には、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、逆に過大な異常電圧を出力したり、直列接続バッテリセルの各々の電圧ばらつきが大きくなったり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遮断素子が用いられている。 Some of these types of shut-off elements perform an 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. However, when the FET switch is short-circuited for some reason, a lightning surge or the like is applied and an instantaneous large current flows, or the output voltage drops abnormally due to the life of the battery cell, or excessively abnormal Even when the voltage is output or the voltage variation of each of the battery cells connected in series increases, the battery pack and the electronic device must be protected from accidents such as ignition. Therefore, in order to safely shut off the output of the battery cell in any possible abnormal state, a shut-off element made of a fuse element having a function of shutting off the current path by an external signal is used. .
リチウムイオン二次電池等向けの保護回路の遮断素子としては、図27に示すように、電流経路上の第1の電極91,発熱体引出電極95,第2の電極92間に亘って可溶導体93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93を、過電流による自己発熱、あるいは遮断素子内部に設けた発熱体94によって溶断するものがある(特許文献1参照)。このような遮断素子90では、溶融した液体状の可溶導体93を発熱体94に繋がる発熱体引出電極95、及び第1、第2の電極91,92上に集めることにより第1、第2の電極91,92間を分離し電流経路を遮断する。
As a shut-off element of a protection circuit for a lithium ion secondary battery or the like, as shown in FIG. 27, it is soluble over the
図27に示すように、従来の遮断素子90では、電流経路上に接続される第1の電極91と第2の電極92との間に、発熱体94と接続された発熱体引出電極95が介在され、可溶導体93によって第1の電極91と発熱体引出電極95との間、及び第2の電極92と発熱体引出電極95との間を接続しているため、可溶導体93が大型化して広面積を占有することにより素子のサイズが大型化している。また、従来の遮断素子90では、可溶導体93の大型化により導通抵抗が高くなり、電流定格の向上が困難となってしまう。
As shown in FIG. 27, in the
そこで、本発明は、素子の小型化を図るとともに、電流定格を向上することができる遮断素子、及び遮断素子回路を提供することを目的とする。 Therefore, an object of the present invention is to provide a breaker element and a breaker element circuit capable of reducing the size of the element and improving the current rating.
上述した課題を解決するために、本発明に係る遮断素子は、絶縁基板と、上記絶縁基板に形成された第1〜第4の電極と、上記第3の電極と上記第4の電極との間に接続された発熱体と、上記第1の電極、上記第2の電極及び上記第3の電極との間に接続されることにより、上記第1の電極と上記第2の電極間を接続する第1の接続部と、上記第1の電極及び上記第2の電極と上記第3の電極とを接続する第2の接続部を有する第1の可溶導体とを備え、上記第1の電極又は上記第2の電極から上記第1の可溶導体及び上記第3の電極を介して上記発熱体に電流を流す給電経路を有し、上記発熱体の発熱により上記第1の可溶導体を溶融させることにより、上記第1の接続部を溶断し、次いで上記第2の接続部を溶断するものである。 In order to solve the above-described problems, a blocking element according to the present invention includes an insulating substrate, first to fourth electrodes formed on the insulating substrate, the third electrode, and the fourth electrode. A heating element connected between the first electrode, the second electrode, and the third electrode is connected between the first electrode and the second electrode. And a first fusible conductor having a second connecting portion for connecting the first electrode, the second electrode, and the third electrode, and the first connecting portion. A power supply path through which current flows from the electrode or the second electrode to the heating element via the first soluble conductor and the third electrode, and the first soluble conductor is generated by the heat generated by the heating element; Is melted to melt the first connecting portion, and then the second connecting portion is melted.
また、本発明に係る遮断素子は、絶縁基板と、上記絶縁基板に形成された第1〜第4の電極と、上記第3の電極と上記第4の電極との間に接続された発熱体と、上記第1の電極と第2の電極との間に接続された第2の可溶導体と、上記第1の電極及び第2の電極と上記第3の電極との間に接続された第3の可溶導体とを備え、上記第1の電極又は上記第2の電極から上記第2及び第3の可溶導体及び上記第3の電極を介して上記発熱体に電流を流す給電経路を有し、上記発熱体の発熱により上記第2の可溶導体を溶断させることにより、上記第1〜第2の電極間を遮断し、次いで上記第3の可溶導体を溶断させることにより、上記第1の電極又は上記第2の電極〜上記第3の電極間を遮断するものである。 The interrupting element according to the present invention includes an insulating substrate, first to fourth electrodes formed on the insulating substrate, and a heating element connected between the third electrode and the fourth electrode. And a second soluble conductor connected between the first electrode and the second electrode, and a connection between the first electrode and the second electrode and the third electrode. And a third fusible conductor, and a current feeding path through which current flows from the first electrode or the second electrode to the heating element via the second and third fusible conductors and the third electrode By cutting off the second soluble conductor by the heat generation of the heating element, the gap between the first and second electrodes is cut off, and then the third soluble conductor is blown out. The first electrode or the second electrode to the third electrode are blocked.
また、本発明に係る遮断素子回路は、外部回路に接続される第1の端子と第2の端子と、発熱抵抗と、上記発熱体と接続された第3の端子と、上記第1の端子と上記第2の端子との間に接続され、上記外部回路に直列に接続される第1のヒューズと、上記第1、第2の端子と上記第3の端子との間に接続された第2のヒューズとを備え、上記第1又は第2の端子、上記第1、第2のヒューズ及び上記第3の端子を介して上記発熱抵抗に電流を流し、上記発熱抵抗が発熱した熱により、上記第1のヒューズを溶融させ、上記第1の端子と上記第2の端子との間を遮断した後に、上記第2のヒューズを溶融させ、上記第1及び第2の端子と上記第3の端子との間を遮断するものである。 Further, the interrupting element circuit according to the present invention includes a first terminal and a second terminal connected to an external circuit, a heating resistor, a third terminal connected to the heating element, and the first terminal. And a second fuse connected between the first and second terminals and the third terminal, and a first fuse connected in series with the external circuit, and a first fuse connected between the first and second terminals and the third terminal. Two fuses, current is passed through the heating resistor through the first or second terminal, the first, second fuse and the third terminal, and the heat generated by the heating resistor After the first fuse is melted and the first terminal and the second terminal are disconnected, the second fuse is melted, and the first and second terminals and the third terminal are melted. This is to disconnect between the terminals.
また、本発明に係る遮断素子回路は、外部回路に接続される第1の端子と第2の端子と、発熱抵抗と、上記発熱抵抗と接続された第3の端子と、上記第1の端子と上記第2の端子との間に接続され、上記外部回路に直列に接続される第3のヒューズと、上記第1及び/又は第2の端子と上記第3の端子との間に接続された第4のヒューズとを備え、上記第1又は第2の端子、上記第3、第4のヒューズ及び上記第3の端子を介して上記発熱抵抗に電流を流し、上記発熱抵抗が発熱した熱により、上記第3のヒューズを溶融させ、上記第1の端子と上記第2の端子との間を遮断した後に、上記第4のヒューズを溶融させ、上記第1及び第2の端子と上記第3の端子との間を遮断するものである。 Further, the interrupting element circuit according to the present invention includes a first terminal and a second terminal connected to an external circuit, a heating resistor, a third terminal connected to the heating resistor, and the first terminal. And a second fuse connected in series to the external circuit, and connected between the first and / or second terminal and the third terminal. A fourth fuse, and a current is passed through the heating resistor through the first or second terminal, the third and fourth fuses, and the third terminal, and heat generated by the heating resistor. The third fuse is melted and the first terminal and the second terminal are disconnected, and then the fourth fuse is melted, and the first and second terminals and the second terminal are melted. 3 is disconnected.
本発明によれば、第1の電極と第2の電極とを対向配置させ、可溶導体を第1、第2の電極間にわたって搭載しているため、第1、第2の電極の間に発熱体引出電極を介在させている従来の構成に比べて、可溶導体の抵抗を小さくでき定格の向上を図るとともに、素子全体の小型化を図ることができる。 According to the present invention, the first electrode and the second electrode are disposed to face each other, and the soluble conductor is mounted between the first and second electrodes. Compared to the conventional configuration in which the heating element extraction electrode is interposed, the resistance of the fusible conductor can be reduced, the rating can be improved, and the entire element can be downsized.
以下、本発明が適用された遮断素子、及び遮断素子回路について、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。 Hereinafter, a shut-off element and a shut-off element circuit to which the present invention is applied will be described in detail with reference to the drawings. It should be noted that the present invention is not limited to the following embodiments, and various modifications can be made without departing from the scope of the present invention. Further, the drawings are schematic, and the ratio of each dimension may be different from the actual one. Specific dimensions should be determined in consideration of the following description. Moreover, it is a matter of course that portions having different dimensional relationships and ratios are included between the drawings.
本発明が適用された遮断素子1を図1に示す。図1(A)は、遮断素子1のカバー部材を省略して示す平面図であり、図1(B)は、図1(A)のA−A‘断面図、図1(C)は、図1(A)のB−B’断面図である。遮断素子1は、図1(A)(B)(C)に示すように、絶縁基板10と、絶縁基板10に形成された第1〜第4の電極11〜14と、第3の電極13と第4の電極14との間に接続された発熱体15と、第1の電極11〜第3の電極13との間に接続されることにより、第1の電極11と第2の電極12間を接続する第1の接続部21aと、第1の電極11及び第2の電極12と第3の電極13とを接続する第2の接続部21bを有する第1の可溶導体21とを備える。
A blocking
[絶縁基板]
絶縁基板10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10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の可溶導体21の溶断時の温度に留意する必要がある。
[Insulated substrate]
The insulating
[発熱体]
発熱体15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。
[Heating element]
The
発熱体15は、絶縁基板10の表面10a上において絶縁層17に被覆されている。絶縁層17は、発熱体15の保護及び絶縁を図るとともに、発熱体15の熱を効率よく第1、第2の電極11,12へ伝えるために設けられ、例えばガラス層からなる。第1、第2の電極11,12は、発熱体15によって加熱されることにより、第1の可溶導体21の溶融導体を凝集しやすくすることができる。絶縁層17上には、第1〜第4の電極11〜14の各一部が形成される。
The
発熱体15は、一端が第3の電極13の下層部13bと接続され、他端が第4の電極14の下層部14bと接続されている。第3の電極13の下層部13bは、絶縁基板10の表面10aに形成されるとともに絶縁層17に被覆され、絶縁基板10の一端側において第3の電極13の上層部13aと接続されている。発熱体15は、第3の電極13の上層部13aを介して第1の可溶導体21と接続される。また、第4の電極の下層部14bは、絶縁基板10の表面10aに形成されるとともに絶縁層17に被覆され、絶縁基板10の他端側において第4の電極14の上層部14aと接続されている。第4の電極14の上層部14aは、後述するカバー部材19を搭載するために第3の電極13の上層部13aと同じ高さに形成されている。発熱体15は、第4の電極14を介して外部回路と接続される。
The
[第1〜第4の電極]
第1、第2の電極11,12は、絶縁基板10の相対向する一対の側縁にそれぞれ形成されるとともに、スルーホールを介して絶縁基板10の裏面10b側に形成された外部接続電極11a,12aと連続され、この外部接続電極11a,12aを介して外部回路に接続されている。また、第1、第2の電極11,12は、絶縁基板10の表面10aから絶縁層17上にかけて形成され、絶縁層17上において、所定の間隔G1を隔てて対向されている。そして、第1、第2の電極11,12は、後述する第1の可溶導体21が搭載されることにより、第1の可溶導体21を介して電気的に接続されている。
[First to fourth electrodes]
The first and
これにより、遮断素子1は、回路基板上に実装されると、第1の電極11〜第1の可溶導体21〜第2の電極12に至る電流経路が当該外部回路の一部に直列に接続される。第1、第2の電極11,12が組み込まれる外部回路としては、遮断素子1が実装される電子機器の電流ラインであり、例えばリチウムイオン二次電池のバッテリパックにおける充放電回路、各種電子機器の電源回路、あるいは、デジタル信号回路等、電流の強弱に関わらず物理的な電流経路の遮断が求められるあらゆる回路に適用することができる。
Thereby, when the interruption | blocking
第3、第4の電極13,14は、絶縁基板10の第1、第2の電極11,12が設けられた一対の側縁と直交する一対の側縁にそれぞれ形成されている。第4の電極14は、スルーホールを介して絶縁基板10の裏面10b側に形成された外部接続電極14cと連続され、この外部接続電極14cを介して外部回路に接続されている。第3、第4の電極13,14は、絶縁基板10の表面10aに形成されるとともに絶縁層17に被覆された下層部13b,14bと、絶縁層17上に形成された上層部13a,14aとを有する。下層部13bは、上層部13aと連続するとともに、発熱体15の一端と接続され、下層部14bは、上層部14aと連続するとともに、発熱体15の他端と接続されている。
The third and
また、第3の電極13は、上層部13aが第1、第2の電極11,12と所定の間隙G2を隔てて対向されている。そして、第3の電極13は、上層部13aに第1の可溶導体21が搭載される。これにより、遮断素子1は、第1の電極11又は第2の電極12から第1の可溶導体21及び第3の電極13を介して発熱体15に電流を流す給電経路2が形成される(図3(A)参照)。
The
[電極コーティング処理]
ここで、第1〜第4の電極11〜14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3の電極11〜13は、遮断素子1の動作時において、発熱体15の熱によって第1の可溶導体21が溶融することにより、第1の可溶導体21を構成する低融点金属によって溶食(ハンダ食われ)させるようにしてもよい。これにより、遮断素子1は、第1の電極11と第2の電極12との間隔G1や、第1、第2の電極11,12と第3の電極13との間隔G2が広がり、より絶縁性、遮断性を向上させることができる。
[Electrode coating treatment]
Here, the 1st-4th electrodes 11-14 can be formed using common electrode materials, such as Cu and Ag. The first to
なお、第1〜第3の電極11〜13の表面上には、Ni/Auメッキ、Ni/Pdメッキ、Ni/Pd/Auメッキ等の被膜を、メッキ処理等の公知の手法によりコーティングしてもよい。これにより、遮断素子1は、第1〜第3の電極11〜13の酸化を防止し、第1の可溶導体21を確実に保持させることができる。また、遮断素子1をリフロー実装する場合に、第1の可溶導体21を接続する接続用ハンダあるいは第1の可溶導体21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3の電極11〜13を溶食するのを防ぐことができる。
The first to
[第1の可溶導体]
第1の可溶導体21は、発熱体15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、ハンダや、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。
[First soluble conductor]
The first
また、第1の可溶導体21は、低融点金属と高融点金属とを含有してもよい。低融点金属としては、ハンダや、Snを主成分とするPbフリーハンダなど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、遮断素子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、内層の低融点金属の外部への流出を抑制し、第1の可溶導体21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21は、後に説明するように、様々な構成によって形成することができる。
The first
第1の可溶導体21は、略矩形状に形成され、接続用ハンダ等により、第1、第2の電極11,12間にわたって搭載されるとともに、第3の電極13の上層部13a上に搭載されている。これにより、第1の可溶導体21は、第1、第2の電極11,12間を接続する第1の接続部21aと、第1、第2の電極11,12と第3の電極13とを接続する第2の接続部21bとを有する。また、第1の可溶導体21は、第1、第2の電極11,12から第3の電極13を介して発熱体15及び第4の電極14に至る発熱体15への給電経路2を構成する。
The first
なお、第1の可溶導体21は、酸化防止、及び溶断時の濡れ性の向上等のため、フラックス18が塗布されていることが好ましい。
The first
また、遮断素子1は、第1〜第4の電極11〜14に、溶融した第1の可溶導体21の流出を防止する保護壁16が形成されている。保護壁16は、絶縁性を有する材料を用いて形成され、例えばガラス層からなる。保護壁16を設けることにより、第1の可溶導体21の溶融導体が第1、第2の電極11,12を伝って外部接続電極11a,12aに流れ込み、回路基板の接続電極を溶食することや、第3の電極13上の接続用ハンダの過剰な広がりを防止することができる。
In the blocking
また、遮断素子1は、絶縁基板10がカバー部材19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19は、上記絶縁基板10と同様に、たとえば、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。
Further, the inside of the blocking
[遮断素子の回路構成]
このような遮断素子1は、図2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。
[Circuit configuration of interrupting element]
As shown in FIG. 2, such a
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遮断素子1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遮断素子1の動作を制御するスイッチ素子となる電流制御素子37とを備える。
The
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。
The
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という。)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。
The charge /
遮断素子1は、例えば、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。
The
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。
The detection circuit 36 is connected to each of the
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、遮断素子1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。
The
以上のような構成からなるバッテリパック30に用いられる、本発明が適用された遮断素子1は、図3(A)に示すような回路構成を有する。すなわち、遮断素子回路70は、第1のヒューズ71(第1の可溶導体21の第1の接続部21a)を介して第1の端子72(第1の電極11)、第2の端子73(第2の電極12)が接続され、また、第2のヒューズ74(第1の可溶導体21の第2の接続部21b)を介して第1、第2の端子72,73と第3の端子75(第3の電極13)、発熱抵抗76(発熱体15)及び第4の端子77(第4の電極14)とが連続する給電経路2が形成される。
The blocking
遮断素子1は、バッテリパック30の回路に実装されることにより、第1の可溶導体21の一端が搭載される第1の電極11が、外部接続電極11aを介して充放電電流経路の一端と接続され、第1の可溶導体21の他端が搭載される第2の電極12が、外部接続電極12aを介して充放電電流経路の他端と接続される。これにより、第1の可溶導体21は、第1、第2の電極11,12の各外部接続電極11a,12aを介して、充放電電流経路上に直列接続される。また、第4の電極14が、外部接続電極14aを介して、電流制御素子37と接続される。これにより、発熱体15は、一端を第3の電極13を介して第1の可溶導体21と接続され、他端を第4の電極14を介して電流制御素子37と接続され、発熱体15への給電経路2は、第4の電極14に接続された電流制御素子37によって通電が制御されている。
When the
検出回路36がバッテリセル31〜34のいずれかの異常電圧を検出すると、電流制御素子37へ遮断信号を出力する。すると、電流制御素子37は、発熱体15に通電するよう電流を制御する。給電経路2には、バッテリスタック35から、第1の電極11、第1の可溶導体21及び第3の電極13を介して電流が流れ、これにより発熱体15が発熱を開始する。遮断素子1は、発熱体15の発熱により第1の可溶導体21を溶断する。
When the detection circuit 36 detects any abnormal voltage in the
このとき、遮断素子1は、図3(B)に示すように、第1、第2の端子72,73(第1、第2の電極11,12)間を接続する第1のヒューズ71(第1の接続部21a)が溶断することによりバッテリパック30の充放電電流経路を遮断し、次いで、図3(C)に示すように、第1、第2の端子72,73と第3の端子75(第3の電極13)とを接続する第2のヒューズ74(第2の接続部21b)が溶断することにより、発熱抵抗76(発熱体15)への給電経路2を遮断する。
At this time, as shown in FIG. 3 (B), the blocking
なお、本発明の遮断素子は、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。 In addition, the interruption | blocking element of this invention is applicable not only to the case where it uses for the battery pack of a lithium ion secondary battery but various applications which require interruption | blocking of the electric current path by an electric signal.
このような遮断素子1によれば、第1の電極11と第2の電極12とを対向配置させ、第1の可溶導体21を第1、第2の電極11,12間にわたって搭載しているため、発熱体引出電極を介して第1、第2の電極を対向させている従来の構成に比べて、可溶導体の抵抗を小さくでき定格の向上を図るとともに、素子全体の小型化を図ることができる。
According to such a
すなわち、従来の素子では、第1、第2の電極の間に発熱体引出電極を介在させ、発熱体電極と第1の電極の間、及び発熱体電極と第2の電極の間に可溶導体を搭載しているため、可溶導体の抵抗値が大きくなり、そのため素子の定格を上げることができなかった。また、第1、第2の電極間に発熱体引出電極を設けることで、第1、第2の電極の間隔が広がり、素子全体のサイズも大きくなっていた。 That is, in the conventional element, a heating element extraction electrode is interposed between the first and second electrodes, and the element is soluble between the heating element electrode and the first electrode and between the heating element electrode and the second electrode. Since the conductor is mounted, the resistance value of the fusible conductor is increased, and the rating of the element cannot be increased. Further, by providing the heating element extraction electrode between the first and second electrodes, the distance between the first and second electrodes is widened, and the size of the entire element is also increased.
この点、遮断素子1では、第1、第2の電極11,12を直接対向させ、第1の可溶導体21を第1、第2の電極11,12及び第3の電極13にわたって搭載している。これにより、遮断素子1は、第1の可溶導体21が通電方向に短くなり、小型化に伴う低抵抗化を図り、素子の定格を向上することができる。また、遮断素子1は、第1、第2の電極11,12を直接対向させたことで、素子全体の小型化を図ることができ、小型化、高定格化を図ることができる。
In this regard, in the blocking
なお、遮断素子1は、発熱体15の発熱により第1の可溶導体21が溶断する他、外部回路が過電流となった場合に、第1の可溶導体21が自己発熱(ジュール熱)により溶断することで、外部回路を遮断することができる。
The interrupting
[接続部W2<接続部W1]
また、第1の可溶導体21は、第1、第2の電極11,12と第3の電極13との間にわたって搭載されている第2の接続部21bの幅W2が、第1、第2の電極11,12間わたって搭載されている第1の接続部21aの幅W1よりも狭い。第1の可溶導体21は、外部回路の電流経路に直列に接続されることから、第1、第2の電極11,12の幅方向に亘って搭載される第1の接続部21aの幅W1は第1の可溶導体21の低抵抗化、及び遮断素子1の高定格化を図るために幅広に設けることが好ましい。一方、第3の電極13に搭載される第2の接続部21bは、発熱体15への給電経路2を遮断できればよく、第1、第2の電極11,12の間隔G1よりも幅広であれば、これ以上に広げる必要もない。
[Connection W2 <Connection W1]
The first
[発熱体の発熱中心C]
ここで、遮断素子1は、第1の可溶導体21の第1の接続部21aが、第2の接続部21bよりも先に溶断するように形成されている。第1の接続部21aよりも先に第2の接続部21bが溶断すると、発熱体15への給電が停止され、第1の可溶導体21を溶断することができなくなるからである。
[Heat generation center C of the heating element]
Here, the interruption | blocking
そこで、遮断素子1は、発熱体15が発熱すると、第1の接続部21aが第2の接続部21bよりも先に溶断するように形成されている。具体的に、遮断素子1の第1の可溶導体21は、第1の接続部21aが第2の接続部21bよりも、発熱体15の発熱中心Cに近い位置に搭載されている。
Therefore, the blocking
ここで、発熱体15の発熱中心Cとは、発熱体15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。発熱体15より発せられる熱は絶縁基板10からの放熱量が最も多く、絶縁基板10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10に熱が拡散してしまう。そのため、発熱体15は通電が開始された発熱初期の段階では、絶縁基板10と接する外縁から最も遠い中心が最も熱く、絶縁基板10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。
Here, the heat generation center C of the
そこで、遮断素子1は、第1の接続部21aが第2の接続部21bよりも、発熱体15の発熱初期において最も高温となる発熱中心Cに近くなるように、発熱体15、第1及び第2の電極11,12、並びに第1の可溶導体21を配置する。これにより、第1の可溶導体21は、第1の接続部21aに第2の接続部21bよりも早く熱が伝わり、溶断し、外部回路の電流経路が遮断される前に発熱体15への給電経路2が遮断される事態を防止することができる。第2の接続部21bは、第1の接続部21aより遅れて加熱されるため、第1の接続部21aが溶断した後に溶断され、発熱体15への給電が停止される。
Therefore, the blocking
[間隔G2<間隔G1]
また、遮断素子1は、第1の電極11及び第2の電極12と第3の電極13との間隔G2が、第1の電極11と第2の電極12との間隔G1よりも短くしてもよい。第1の可溶導体21は、電極間の間隔が長いほど、溶融導体の張力が強く働き溶断しやすくなる。したがって、第1電極11と第2の電極12の間隔G1が、第1、第2の電極11,12と第3の電極13との間隔G2より長くすることにより、第1の接続部21aが第2の接続部21bよりも先に溶断する。これにより、遮断素子1は、外部回路の電流経路が遮断される前に発熱体15への給電経路2が遮断される事態を防止することができる。
[Gap G2 <Gap G1]
Further, the blocking
[発熱体の配置]
また、遮断素子1は、発熱体15を絶縁基板10の表面10aに形成する他に、図4に示すように、絶縁基板10の表面10aに形成された絶縁層17の内部に形成してもよい。この場合、発熱体15と接続される第3、第4の電極13,14の各下層部13b,14bも、絶縁基板10の表面10aから絶縁層17の内部にかけて形成される。また、発熱体15を絶縁層17の内部に形成した場合にも、第1の可溶導体21は、第1の接続部21aが第2の接続部21bよりも発熱体15の発熱中心Cに近い位置に配置されることが好ましい。
[Arrangement of heating element]
In addition to forming the
また、遮断素子1は、図5に示すように、発熱体15を絶縁基板10の裏面10bに形成してもよい。この場合、発熱体15は、絶縁基板10の裏面10bにおいて絶縁層17に被覆されている。また、発熱体15と接続される第3、第4の電極13,14の各下層部13b,14bも同様に絶縁基板10の裏面10bに形成され、導電スルーホールを介して絶縁基板10の表面10aに形成された上層部13a,14aと連続されている。
Moreover, the interruption | blocking
遮断素子1は、発熱体15が絶縁基板10の裏面10bに形成されることにより、絶縁基板10の表面10aが平坦化され、これにより、第1、第2の電極11,12や第3、第4の電極13,14の各上層部13a,14aを表面10a上に印刷等により一括して形成することができる。したがって、遮断素子1は、第1〜第4の電極11〜14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。
In the blocking
遮断素子1は、発熱体15を絶縁基板10の裏面10bに形成した場合にも、絶縁基板10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、発熱体15によって、絶縁基板10の表面10a上に形成した場合と同等に第1の可溶導体21を加熱、溶断することができる。また、発熱体15を絶縁基板10の裏面10bに形成した場合にも、第1の可溶導体21は、第1の接続部21aが第2の接続部21bよりも発熱体15の発熱中心Cに近い位置に配置されることが好ましい。
Even when the
また、遮断素子1は、図6に示すように、発熱体15を絶縁基板10の内部に形成してもよい。この場合、発熱体15を被覆する絶縁層17は設ける必要がない。また、発熱体15と接続される第3、第4の電極13,14の各下層部13b,14bは、絶縁基板10の内部まで形成され、導電スルーホールを介して絶縁基板10の表面10aに形成された上層部13a,14aと接続される。
Moreover, the interruption | blocking
発熱体15を絶縁基板10の内部に形成することにより、遮断素子1は、絶縁基板10の表面10aが平坦化され、これにより、第1、第2の電極11,12や第3、第4の電極13,14の各上層部13a,14aを表面10a上に印刷等により一括して形成することができる。したがって、遮断素子1は、第1〜第4の電極11〜14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。
By forming the
遮断素子1は、発熱体15を絶縁基板10の内部に形成した場合にも、絶縁基板10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、発熱体15によって、絶縁基板10の表面10a上に形成した場合と同等に第1の可溶導体21を加熱、溶断することができる。また、発熱体15を絶縁基板10の内部に形成した場合にも、第1の可溶導体21は、第1の接続部21aが第2の接続部21bよりも発熱体15の発熱中心Cに近い位置に配置されることが好ましい。
Even when the
[発熱体と第1〜第3の電極との重畳]
また、遮断素子1は、発熱体15を絶縁基板10の表面10aに形成するとともに絶縁層17で被覆する場合(図1)、発熱体15を絶縁層17の内部に形成する場合(図4)、発熱体15を絶縁基板10の裏面10bに形成する場合(図5)、発熱体15を絶縁基板10の内部に形成する場合(図6)のいずれの場合にも、発熱体15と第1、第2の電極11,12とが重畳することが好ましい。
[Superposition of heating element and first to third electrodes]
Further, in the interrupting
発熱体15と重畳されることにより、第1、第2の電極11,12に発熱体15の熱が効率よく伝達され、第1、第2の電極11,12間に搭載される第1の可溶導体21の第1の接続部21aを第2の接続部21bよりも先に溶断させることができる。また、第1、第2の電極11,12が効率良く加熱されることにより、溶融導体による第1、第2の電極11,12溶食を促進させ、第1、第2の電極11,12間の絶縁性を向上させることができる。
By superimposing the
また、図7に示すように、遮断素子1は、発熱体15と第1〜第3の電極11〜13を重畳させてもよい。この場合、第1、第2の電極11,12は発熱体15の発熱中心C付近と重畳され、第3の電極13は発熱体15の端部と重畳される。これにより、第1、第2の電極11,12が第3の電極13よりも先に高温に加熱され、第1の可溶導体21は、第1の接続部21aを第2の接続部21bよりも先に溶断させることができる。また、第1、第2の電極11,12に加え、第3の電極13も効率よく加熱されるため、第1〜第3の電極11〜13のそれぞれに溶融導体が保持され、第1の電極11と第2の電極12との絶縁性に加え、第1、第2の電極11,12と第3の電極13との絶縁性も向上させることができる。
Moreover, as shown in FIG. 7, the interruption | blocking
[発熱体と第1〜第4の電極とを並設]
また、遮断素子1は、図8に示すように、発熱体15を絶縁基板10の表面10a上において、第1〜第4の電極11〜14と並んで形成してもよい。この場合、発熱体15は、絶縁基板10の表面10a上に設けられるとともに、絶縁層17によって被覆されている。また、この場合も、第1の可溶導体21は、第1の接続部21aが第2の接続部21bよりも、発熱体15の発熱中心Cの近くに配置されることが好ましい。
[Parallel heating element and first to fourth electrodes]
Moreover, the interruption | blocking
[発熱中心オフセット]
また、遮断素子1は、図9(A)(B)(C)に示すように、発熱体15と第1、第2の電極11,12の相対的な配置として、発熱体15の発熱中心Cが、第1の電極11又は第2の電極12の第1の可溶導体21が搭載された部位と重畳するようにしてもよい。例えば、遮断素子1は、第1、第2の電極11,12が絶縁基板10の表面10aに均等に配置された場合、発熱体15をやや第2の電極12側にオフセットした位置に形成する。これにより、遮断素子1は、発熱体15の熱が第2の電極12を介して効率よく第1の可溶導体21の第1の接続部21aに伝わり、速やかに外部回路の電流経路を遮断できる。
[Heat center offset]
Further, as shown in FIGS. 9A, 9B, and 9C, the blocking
また、遮断素子1は、発熱体15の発熱中心Cを、第1の電極11又は第2の電極12の第1の可溶導体21が搭載された部位と重畳させることにより、発熱体15の過熱による損傷を防止することができる。すなわち、発熱体15の発熱中心C上に第1の電極11又は第2の電極12が配置されることにより、発熱体15の熱を第1の電極11又は第2の電極12に効率よく伝搬させることができる。したがって、発熱体15は、発生した熱が伝搬されることで、自身に蓄積されることなく、過熱による損傷が防止される。
Moreover, the interruption | blocking
一方、発熱体15の発熱中心C上に第1の電極11又は第2の電極12が重畳されず、空隙となっている場合、発熱体15の発熱による熱が効率よく第1、第2の電極11,12及び第1の可溶導体21に伝搬されず、第1の可溶導体21を速やかに溶断することができない。
On the other hand, when the
そこで、遮断素子1は、発熱体15の発熱中心Cが、第1の電極11又は第2の電極12の第1の可溶導体21が搭載された部位と重畳するような配置とすることで、第1の可溶導体21の速溶断と、発熱体15の過熱を防止することができる。
Therefore, the
発熱体15の発熱中心Cを、第2の電極12の第1の可溶導体21が搭載された部位と重畳させた遮断素子1は、発熱体15が発熱すると、発熱中心Cと重畳する第2の電極12側が効率よく加熱され、第1の可溶導体21が第2の電極12に搭載されている側から溶融する。これにより、遮断素子1は、図10(A)〜(C)に示すように、先ず、第1の可溶導体21の第1の接続部21aが溶断し、第1、第2の電極11,12間が遮断される。このとき、第1の可溶導体21は、発熱体15の発熱中心Cから遠い第2の接続部21bは溶断せず、発熱体15への給電経路2は遮断されていない。したがって、遮断素子1は、第1の可溶導体21の第1の接続部21aを溶断し、第1、第2の電極11,12間を遮断させるまで、確実に発熱体15を発熱させ続けることができる。
The blocking
その後、遮断素子1は、発熱体15が発熱を続けることにより、図11(A)〜(C)に示すように、第1の可溶導体21の第2の接続部21bも溶断し、第1、第3の電極11,13間が遮断され、発熱体15への給電が停止される。
Thereafter, when the
[変形例]
次いで、遮断素子の他の実施の形態について説明する。なお、以下の説明において、上述した遮断素子1及び遮断素子回路70と同じ部材については、同一の符号を付してその詳細を省略する。図12に示すように、遮断素子20は、絶縁基板10と、絶縁基板10に形成された第1〜第4の電極11〜14と、第3の電極13と第4の電極14との間に接続された発熱体15と、第1の電極11と第2の電極12との間に接続された第2の可溶導体22と、第1の電極11及び第2の電極12と第3の電極13との間に接続された第3の可溶導体23とを備える。
[Modification]
Next, another embodiment of the blocking element will be described. In the following description, the same members as those of the blocking
遮断素子1と遮断素子20との相違点は、第1〜第3の電極11〜13にわたって搭載する可溶導体が、遮断素子1では第1の可溶導体21の一つであったのに対して、遮断素子20では複数の可溶導体を用いている点である。すなわち、遮断素子20は、第1の電極11と第2の電極12との間にわたって第2の可溶導体22が搭載され、第1の電極11及び第2の電極12と第3の電極13との間にわたって第3の可溶導体23が搭載されている。
The difference between the blocking
第2、第3の可溶導体22,23は、上述した第1の可溶導体21と同じものを用いることができ、また、第1の可溶導体21と同様に、後述する種々の形態を採用することができる。第2の可溶導体22は、第1、第2の電極11,12間を電気的に接続するとともに、遮断素子20が実装される外部回路の電流経路の一部に直列に接続される。第3の可溶導体23は、第1、第2の電極11,12から第3の電極13を介して発熱体15及び第4の電極14に至る発熱体15への給電経路27を構成する(図13参照)。
The second and third
また、遮断素子20は、第2の可溶導体22が第3の可溶導体23よりも発熱体15の発熱中心Cの近傍に配置されることにより、発熱体15が発熱すると、先ず第2の可溶導体22が溶断して第1、第2の電極11,12間を遮断し、次いで第3の可溶導体23が溶断することにより、第1、第2の電極11,12と第3の電極13との間を遮断する。
In addition, when the second
このような遮断素子20は、図13(A)に示すような回路構成を有する。すなわち、遮断素子回路80は、第3のヒューズ81(第2の可溶導体22)を介して第1、第2の端子71,72(第1、第2の電極11,12)が接続され、また、第4のヒューズ82(第3の可溶導体23)を介して第1、第2の端子71,72と第3の端子75(第3の電極13)、発熱抵抗76(発熱体15)及び第4の端子77(第4の電極14)とが連続する給電経路27が形成される。給電経路27は、第4の端子77に接続された電流制御素子によって通電が制御されている。
Such a blocking
そして、遮断素子20が実装される外部回路の電流経路を遮断する必要が生じた場合には、電流制御素子によって給電経路27に通電可能とされ、第1の端子72又は第2の端子73から第3、第4のヒューズ81,82、第3の端子75を介して発熱抵抗76に電流が流れる。発熱抵抗76が通電により発熱すると、遮断素子回路80は、図13(B)に示すように、第1、第2の端子72,73間を接続する第3のヒューズ81が溶断することにより外部回路の電流経路を遮断し、次いで、図13(C)に示すように、第1、第2の端子72,73と第3の端子75とを接続する第4のヒューズ82が溶断することにより、発熱抵抗76への給電経路27を遮断する。
And when it becomes necessary to interrupt the current path of the external circuit on which the interrupting
このような遮断素子20によっても、遮断素子1と同様に、第1の電極11と第2の電極12とを直接、対向配置させ、第2の可溶導体22を第1、第2の電極11,12間にわたって搭載しているため、第1、第2の電極の間に発熱体引出電極を介在させている従来の構成に比べて、可溶導体の抵抗を小さくでき定格の向上を図るとともに、素子全体の小型化を図ることができる。
Even with such a
[幅W2<幅W1]
なお、遮断素子20は、第3の可溶導体23の幅W2が、第2の可溶導体22の幅W1よりも狭い。第2の可溶導体22は遮断素子1の第1の可溶導体21における第1の接続部21aと同様に機能し、第3の可溶導体23は、遮断素子1の第1の可溶導体21における第2の接続部21bと同様に機能する。したがって、第1、第2の電極11,12の幅方向に亘って搭載される第2の可溶導体22の幅W1は、低抵抗化、及び遮断素子20の高定格化を図るために幅広に設けることが好ましい。一方、第3の電極13に搭載される第3の可溶導体23は、発熱体15への給電経路27を遮断できればよく、第1、第2の電極11,12の間隔G1よりも幅広であれば、これ以上に広げる必要もない。
[Width W2 <Width W1]
In the blocking
[第2の可溶導体の融点<第3の可溶導体の融点]
また、遮断素子20は、第2の可溶導体22と第3の可溶導体23の材料を異ならせることにより、第2の可溶導体22の融点を、第3の可溶導体23の融点よりも低くしてもよい。これにより、遮断素子20は、第1、第2の電極11,12間わたって搭載されている第2の可溶導体22を、第1、第2の電極11,12と第3の電極13との間にわたって搭載されている第3の可溶導体23よりも先に溶融させることができる。したがって、遮断素子20は、外部回路の電流経路が遮断される前に発熱体15への給電経路27が遮断される事態を防止することができる。
[Melting point of second soluble conductor <Melting point of third soluble conductor]
Moreover, the interruption | blocking
この他、遮断素子20は、第3の可溶導体23の高融点金属のメッキ厚を第2の可溶導体22の高融点金属のメッキ厚よりも厚くする等、第2、第3の可溶導体22,23の層構造を変えることにより融点に差を設け、相対的に第2の可溶導体22を第3の可溶導体23よりも溶断しやすくしてもよい。
In addition, the blocking
[第4、第5の可溶導体]
また、遮断素子20は、第1、第2の電極11,12と第3の電極13との間にわたって搭載されている第3の可溶導体23に代えて、図14に示すように、第1の電極11と第3の電極13とを接続する第4の可溶導体24、及び第2の電極12と第3の電極13とを接続する第5の可溶導体25を備えてもよい。第4、第5の可溶導体34,35は、上述した第1の可溶導体21と同じものを用いることができ、また、第1の可溶導体21と同様に、後述する種々の形態を採用することができる。
[Fourth and fifth soluble conductors]
Further, as shown in FIG. 14, the blocking
また、遮断素子20は、第4の可溶導体24又は第5の可溶導体25のいずれか一方のみを設けてもよい。図15(A)は、第4の可溶導体24のみを第1の電極11と第3の電極13との間に設けた遮断素子20の平面図であり、図15(B)は、その遮断素子回路80の回路図である。図16(A)は、第5の可溶導体25のみを第2の電極12と第3の電極13との間に設けた遮断素子20の平面図であり、図16(B)は、その遮断素子回路80の回路図である。
Moreover, the interruption | blocking
図15(B)に示す遮断素子回路80は、第3のヒューズ81(第2の可溶導体22)を介して第1、第2の端子72,73(第1、第2の電極11,12)が接続され、また、第5のヒューズ83(第4の可溶導体24)を介して第1、第2の端子72,73と第3の端子75(第3の電極13)、発熱抵抗76(発熱体15)及び第4の端子77(第4の電極14)とが連続する給電経路27が形成される。給電経路27は、第4の端子77に接続された電流制御素子によって通電が制御されている。
The interrupting
図16(B)に示す遮断素子回路80は、第3のヒューズ81(第2の可溶導体22)を介して第1、第2の端子72,73(第1、第2の電極11,12)が接続され、また、第6のヒューズ84(第5の可溶導体25)を介して第1、第2の端子72,73と第3の端子75(第3の電極13)、発熱抵抗76(発熱体15)及び第4の端子77(第4の電極14)とが連続する給電経路27が形成される。給電経路27は、第4の端子77に接続された電流制御素子によって通電が制御されている。
The breaking
その他にも、遮断素子20は、遮断素子1と同様に、第1の電極11及び第2の電極12と第3の電極13との間隔G2が、第1の電極11と第2の電極12との間隔G1よりも短くしてもよい。
In addition, as in the blocking
また、遮断素子20は、遮断素子1と同様に、発熱体15を絶縁基板10の表面10aに形成するとともに絶縁層17で被覆してもよく(図12)、あるいは、発熱体15を、絶縁層17の内部や、絶縁基板10の裏面10b、絶縁基板10の内部に形成してもよい。いずれの場合にも、遮断素子20は、遮断素子1と同様に、発熱体15と第1、第2の電極11,12とを重畳させ、あるいは発熱体15と第1〜第3の電極11〜13を重畳させてもよい。
Further, in the same way as the blocking
また、遮断素子20は、遮断素子1と同様に、発熱体15を絶縁基板10の表面10a上において、第1〜第4の電極11〜14と並んで形成してもよい。
Further, similarly to the blocking
また、遮断素子20は、遮断素子1と同様に、発熱体15と第1、第2の電極11,12の相対的な配置として、発熱体15の発熱中心Cが、第1の電極11又は第2の電極12の第1の可溶導体21が搭載された部位と重畳するようにしてもよい。
Similarly to the blocking
[可溶導体の構成]
上述したように、第1〜第5の可溶導体21〜25は、低融点金属と高融点金属とを含有してもよい。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。このとき、第1〜第5の可溶導体21〜25は、図17(A)に示すように、内層として高融点金属層60が設けられ、外層として低融点金属層61が設けられた可溶導体を用いてもよい。この場合、第1〜第5の可溶導体21〜25は、高融点金属層60の全面が低融点金属層61によって被覆された構造としてもよく、相対向する一対の側面を除き被覆された構造であってもよい。高融点金属層60や低融点金属層61による被覆構造は、メッキ等の公知の成膜技術を用いて形成することができる。
[Configuration of soluble conductor]
As described above, the first to fifth
また、図17(B)に示すように、第1〜第5の可溶導体21〜25は、内層として低融点金属層61が設けられ、外層として高融点金属層60が設けられた可溶導体を用いてもよい。この場合も、第1〜第5の可溶導体21〜25は、低融点金属層61の全面が高融点金属層60によって被覆された構造としてもよく、相対向する一対の側面を除き被覆された構造であってもよい。
In addition, as shown in FIG. 17B, the first to fifth
また、第1〜第5の可溶導体21〜25は、図18に示すように、高融点金属層60と低融点金属層61とが積層された積層構造としてもよい。
Moreover, the 1st-5th soluble conductors 21-25 are good also as a laminated structure by which the high
この場合、第1〜第5の可溶導体21〜25は、図18(A)に示すように、第1〜第3の電極11〜13に接続される下層と、下層の上に積層される上層からなる2層構造として形成され、下層となる高融点金属層60の上面に上層となる低融点金属層61を積層してもよく、反対に下層となる低融点金属層61の上面に上層となる高融点金属層60を積層してもよい。あるいは、第1〜第5の可溶導体21〜25は、図18(B)に示すように、内層と内層の上下面に積層される外層とからなる3層構造として形成してもよく、内層となる高融点金属層60の上下面に外層となる低融点金属層61を積層してもよく、反対に内層となる低融点金属層61の上下面に外層となる高融点金属層60を積層してもよい。
In this case, the 1st-5th soluble conductors 21-25 are laminated | stacked on the lower layer connected to the 1st-3rd electrodes 11-13, and a lower layer, as shown to FIG. 18 (A). The lower melting
また、第1〜第5の可溶導体21〜25は、図19に示すように、高融点金属層60と低融点金属層61とが交互に積層された4層以上の多層構造としてもよい。この場合、第1〜第5の可溶導体21〜25は、最外層を構成する金属層によって、全面又は相対向する一対の側面を除き被覆された構造としてもよい。
Moreover, the 1st-5th soluble conductors 21-25 are good also as a multilayered structure of four or more layers by which the high
また、第1〜第5の可溶導体21〜25は、内層を構成する低融点金属層61の表面に高融点金属層60をストライプ状に部分的に積層させてもよい。図20は、第1〜第5の可溶導体21〜25の平面図である。
Moreover, the 1st-5th soluble conductors 21-25 may laminate | stack the high melting
図20(A)に示す第1〜第5の可溶導体21〜25は、低融点金属層61の表面に、幅方向に所定間隔で、線状の高融点金属層60が長手方向に複数形成されることにより、長手方向に沿って線状の開口部62が形成され、この開口部62から低融点金属層61が露出されている。第1〜第5の可溶導体21〜25は、低融点金属層61が開口部62より露出することにより、溶融した低融点金属と高融点金属との接触面積が増え、高融点金属層60の浸食作用をより促進させて溶断性を向上させることができる。開口部62は、例えば、低融点金属層61に高融点金属層60を構成する金属の部分メッキを施すことにより形成することができる。
The first to fifth
また、第1〜第5の可溶導体21〜25は、図20(B)に示すように、低融点金属層61の表面に、長手方向に所定間隔で、線状の高融点金属層60を幅方向に複数形成することにより、幅方向に沿って線状の開口部62を形成してもよい。
Further, as shown in FIG. 20B, the first to fifth
また、第1〜第5の可溶導体21〜25は、図21に示すように、低融点金属層61の表面に高融点金属層60を形成するとともに、高融点金属層60の全面に亘って円形の開口部63が形成され、この開口部63から低融点金属層61を露出させてもよい。開口部63は、例えば、低融点金属層61に高融点金属層60を構成する金属の部分メッキを施すことにより形成することができる。
In addition, as shown in FIG. 21, the first to fifth
第1〜第5の可溶導体21〜25は、低融点金属層61が開口部63より露出することにより、溶融した低融点金属と高融点金属との接触面積が増え、高融点金属の浸食作用をより促進させて溶断性を向上させることができる。
In the first to fifth
また、第1〜第5の可溶導体21〜25は、図22に示すように、内層となる高融点金属層60に多数の開口部64を形成し、この高融点金属層60に、メッキ技術等を用いて低融点金属層61を成膜し、開口部64内に充填してもよい。これにより、第1〜第5の可溶導体21〜25は、溶融する低融点金属が高融点金属に接する面積が増大するので、より短時間で低融点金属が高融点金属を溶食することができるようになる。
Further, as shown in FIG. 22, the first to fifth
また、第1〜第5の可溶導体21〜25は、低融点金属層61の体積を、高融点金属層60の体積よりも多く形成することが好ましい。第1〜第5の可溶導体21〜25は、発熱体15の発熱によって加熱され、低融点金属が溶融することにより高融点金属を溶食し、これにより速やかに溶融、溶断することができる。したがって、第1〜第5の可溶導体21〜25は、低融点金属層61の体積を高融点金属層60の体積よりも多く形成することにより、この溶食作用を促進し、速やかに第1、第2の電極11,12間を短絡することができる。
Moreover, it is preferable that the 1st-5th soluble conductors 21-25 form the volume of the low
また、第1〜第5の可溶導体21〜25は、図23に示すように、略矩形板状に形成され、外層を構成する高融点金属によって被覆され主面部51よりも肉厚に形成された相対向する一対の第1の側縁部52と、内層を構成する低融点金属が露出され第1の側縁部52よりも薄い厚さに形成された相対向する一対の第2の側縁部53とを有してもよい。
Moreover, as shown in FIG. 23, the 1st-5th soluble conductors 21-25 are formed in a substantially rectangular plate shape, and are covered with the high melting point metal which comprises an outer layer, and are thicker than the
第1の側縁部52は、側面が高融点金属層60によって被覆されるとともに、これにより第1〜第5の可溶導体21〜25の主面部51よりも肉厚に形成されている。第2の側縁部53は、側面に、外周を高融点金属層60によって囲繞された低融点金属層61が露出されている。第2の側縁部53は、第1の側縁部52と隣接する両端部を除き主面部51と同じ厚さに形成されている。
The side surface of the first
遮断素子1においては、図24に示すように、第1の可溶導体21は、第1の側縁部52が第1、第2の電極11,12の幅方向に沿って搭載されるとともに、第1、第3の電極11,13間、及び第2、第3の電極12,13間に跨って接続され、第2の側縁部53が、通電方向の両側端となる向きで、第1、第2の電極11,12間に跨って接続されている。
In the blocking
これにより、遮断素子1は、第1の可溶導体21の第1の接続部21aが速やかに溶断し、外部回路の電流経路を遮断するとともに、第2の接続部21bの溶断を遅らせて発熱体15の発熱を維持し、確実に第1、第2の電極11,12間を遮断させることができる。
As a result, the breaking
すなわち、第2の側縁部53は、第1の側縁部52よりも相対的に薄肉に形成されている。また、第2の側縁部53の側面は、内層を構成する低融点金属層61が露出されている。これにより、第2の側縁部53は、低融点金属層61による高融点金属層60の溶食作用が働き、かつ、溶食される高融点金属層60の厚さも第1の側縁部52に比して薄く形成されていることにより、高融点金属層60によって肉厚に形成されている第1の側縁部52に比して、少ない熱エネルギーで速やかに溶融させることができる。これに対し、第1の側縁部52は、高融点金属層60によって肉厚に被覆され、第2の側縁部53に比して溶断するまでに多くの熱エネルギーを要する。
That is, the second
したがって、遮断素子1は、発熱体15が発熱することにより、先ず、第2の側縁部53がわたされている第1の電極11と第2の電極12との間が溶断する。これにより、遮断素子1は、第1、第2の電極11,12間が遮断する。次いで、第1の側縁部52がわたされている第1、第2の電極11,12と第3の電極13との間が溶断し、発熱体15への給電経路2が遮断され、発熱体15の発熱が停止される。すなわち、遮断素子1は、第1、第2の電極11,12間が遮断する前に第1、第2の電極11,12と第3の電極13との間が遮断され、発熱体15への給電が停止することによって第1、第2の電極11,12間が遮断不能となる事態を防止することができる。
Therefore, in the interrupting
遮断素子20においても、図25に示すように、第2の可溶導体22は、肉厚に形成された第1の側縁部52が第1、第2の電極11,12の幅方向に沿って搭載され、第2の側縁部53が通電方向の両側端となる向きで、第1、第2の電極11,12間に跨って接続されている。また、第3の可溶導体23は、肉厚に形成された第1の側縁部52が第1、第3の電極11,13間、及び第2、第3の電極12,13間に跨って接続され、第2の側縁部53が第3の電極13の幅方向及び第1、第2の電極11,12間に跨って接続されている。
Also in the
これにより、遮断素子20は、第2の可溶導体22及び第3の可溶導体23の各第2の側縁部53が速やかに溶融し、第1、第2の電極11,12間が遮断することにより外部回路の電流経路を遮断するとともに、第3の可溶導体23の第1の側縁部52の溶断を遅らせて発熱体15の発熱を維持し、確実に第1、第2の電極11,12間を遮断させることができる。
Thereby, the interruption | blocking
また、図26に示すように、第3の可溶導体23に代えて第4、第5の可溶導体24,25を用いた場合にも、同様に、第4、第5の可溶導体24,25は、肉厚に形成された第1の側縁部52が第1、第3の電極11,13間、及び第2、第3の電極12,13間に跨って接続されている。
In addition, as shown in FIG. 26, when the fourth and fifth
これにより、遮断素子20は、第2の可溶導体22の第2の側縁部53が速やかに溶融し、第1、第2の電極11,12間が遮断することにより外部回路の電流経路を遮断するとともに、第4、第5の可溶導体24,25の第1の側縁部52の溶断を遅らせて発熱体15の発熱を維持し、確実に第1、第2の電極11,12間を遮断させることができる。
As a result, the breaking
このような構成を有する第1〜第5の可溶導体21〜25は、低融点金属層61を構成するハンダ箔等の低融点金属箔を、高融点金属層60を構成するAg等の金属で被覆することにより製造される。低融点金属層箔を高融点金属被覆する工法としては、長尺状の低融点金属箔に連続して高融点金属メッキを施すことができる電解メッキ法が、作業効率上、製造コスト上、有利となる。
The first to fifth
電解メッキによって高融点金属メッキを施すと、長尺状の低融点金属箔のエッジ部分、すなわち、側縁部において電界強度が相対的に強まり、高融点金属層60が厚くメッキされる(図23参照)。これにより、側縁部が高融点金属層によって肉厚に形成された長尺状の導体リボン50が形成される。次いで、この導体リボン50を長手方向と直交する幅方向(図23中C−C’方向)に、所定長さに切断することにより、第1〜第5の可溶導体21〜25が製造される。これにより、第1〜第5の可溶導体21〜25は、導体リボン50の側縁部が第1の側縁部52となり、導体リボン50の切断面が第2の側縁部53となる。また、第1の側縁部52は、高融点金属によって被覆され、第2の側縁部53は、端面(導体リボン50の切断面)に上下一対の高融点金属層60と高融点金属層60によって挟持された低融点金属層61が外方に露出されている。
When refractory metal plating is performed by electrolytic plating, the electric field strength is relatively strong at the edge portion of the long low melting point metal foil, that is, the side edge portion, and the
1,20 遮断素子、2,27 給電経路、10 絶縁基板、10a 表面、10b 裏面、11 第1の電極、12 第2の電極、13 第3の電極、14 第4の電極、15 発熱体、16 絶縁層、17 絶縁層、18 フラックス、19 カバー部材、21 第1の可溶導体、22 第2の可溶導体、23 第3の可溶導体、24 第4の可溶導体、25 第5の可溶導体、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、50 導体リボン
DESCRIPTION OF
Claims (32)
上記絶縁基板に形成された第1〜第4の電極と、
上記第3の電極と上記第4の電極との間に接続された発熱体と、
上記第1の電極、上記第2の電極及び上記第3の電極との間に接続されることにより、上記第1の電極と上記第2の電極間を接続する第1の接続部と、上記第1の電極及び上記第2の電極と上記第3の電極とを接続する第2の接続部を有する第1の可溶導体とを備え、
上記第1の電極又は上記第2の電極から上記第1の可溶導体及び上記第3の電極を介して上記発熱体に電流を流す給電経路を有し、
上記発熱体の発熱により上記第1の可溶導体を溶融させることにより、上記第1の接続部を溶断し、次いで上記第2の接続部を溶断する遮断素子。 An insulating substrate;
First to fourth electrodes formed on the insulating substrate;
A heating element connected between the third electrode and the fourth electrode;
A first connecting portion connecting the first electrode and the second electrode by being connected between the first electrode, the second electrode, and the third electrode; and A first fusible conductor having a first connecting portion and a second connecting portion for connecting the second electrode and the third electrode;
A power supply path through which current flows from the first electrode or the second electrode to the heating element via the first soluble conductor and the third electrode;
A breaker element that melts the first soluble conductor by heat generation of the heating element, thereby fusing the first connecting portion and then fusing the second connecting portion.
上記絶縁基板に形成された第1〜第4の電極と、
上記第3の電極と上記第4の電極との間に接続された発熱体と、
上記第1の電極と第2の電極との間に接続された第2の可溶導体と、
上記第1の電極及び第2の電極と上記第3の電極との間に接続された第3の可溶導体とを備え、
上記第1の電極又は上記第2の電極から上記第2及び第3の可溶導体及び上記第3の電極を介して上記発熱体に電流を流す給電経路を有し、
上記発熱体の発熱により上記第2の可溶導体を溶断させることにより、上記第1〜第2の電極間を遮断し、次いで上記第3の可溶導体を溶断させることにより、上記第1の電極又は上記第2の電極〜上記第3の電極間を遮断する遮断素子。 An insulating substrate;
First to fourth electrodes formed on the insulating substrate;
A heating element connected between the third electrode and the fourth electrode;
A second soluble conductor connected between the first electrode and the second electrode;
A third fusible conductor connected between the first and second electrodes and the third electrode;
A power supply path for passing a current from the first electrode or the second electrode to the heating element via the second and third soluble conductors and the third electrode;
By cutting off the second soluble conductor by the heat generated by the heating element, the first and second electrodes are cut off, and then the third soluble conductor is blown off, A blocking element that blocks between the electrode or the second electrode to the third electrode.
上記発熱体は、上記絶縁基板と上記絶縁層との間、又は上記絶縁層の内部に形成されている請求項1〜9のいずれか1項に記載の遮断素子。 An insulating layer is provided on the surface of the insulating substrate on which the first to fourth electrodes are formed,
The interrupting element according to claim 1, wherein the heating element is formed between the insulating substrate and the insulating layer or inside the insulating layer.
上記発熱体は、上記絶縁基板と上記絶縁層との間に形成されるとともに、上記第1〜第4の電極と並んで形成されている請求項1〜9のいずれか1項に記載の遮断素子。 An insulating layer is provided on the surface of the insulating substrate on which the first to fourth electrodes are formed,
The interruption according to any one of claims 1 to 9, wherein the heating element is formed between the insulating substrate and the insulating layer, and is formed side by side with the first to fourth electrodes. element.
上記低融点金属が上記発熱体からの加熱により溶融し、上記高融点金属を溶食する請求項1〜16のいずれか1項に記載の遮断素子。 At least one of the first to fifth soluble conductors contains a low melting point metal and a high melting point metal,
The interruption | blocking element of any one of Claims 1-16 which the said low melting metal melt | dissolves by the heating from the said heat generating body, and corrodes the said high melting metal.
上記高融点金属は、Ag、Cu又はAg若しくはCuを主成分とする合金である請求項18記載の遮断素子。 The low melting point metal is solder,
The blocking element according to claim 18, wherein the refractory metal is Ag, Cu, or an alloy containing Ag or Cu as a main component.
上記第1の側縁部が上記発熱体への通電方向の両側端となる向きで、上記第1及び第3の電極間もしくは上記第1及び第3の電極間と上記第2及び第3の電極間の両方にわたって接続されている請求項21〜24のいずれか1項に記載の遮断素子。 At least one of the first, third to fifth soluble conductors is a pair of opposing first side edges that are covered with the refractory metal constituting the outer layer and formed thicker than the main surface portion. And a pair of second side edge portions facing each other, the exposed low-melting point metal constituting the inner layer being exposed and having a thickness thinner than the first side surface portion,
In the direction in which the first side edge portion becomes both ends of the energization direction to the heating element, between the first and third electrodes or between the first and third electrodes and the second and third The interruption | blocking element of any one of Claims 21-24 connected across both between electrodes.
上記第2の側縁部が通電方向の両側端となる向きで、上記第1及び第2の電極間にわたって接続されている請求項21〜24のいずれか1項に記載の遮断素子。 At least one of the first fusible conductor and the second fusible conductor is covered with the refractory metal constituting the outer layer and is formed to be thicker than the main surface portion. An edge portion and a pair of second side edge portions opposed to each other, wherein the low melting point metal constituting the inner layer is exposed and formed to be thinner than the first side surface portion;
The interruption | blocking element of any one of Claims 21-24 connected across the said 1st and 2nd electrode in the direction which becomes a both-sides end of an electricity supply direction in the said 2nd side edge part.
発熱抵抗と、
上記発熱体と接続された第3の端子と、
上記第1の端子と上記第2の端子との間に接続され、上記外部回路に直列に接続される第1のヒューズと、上記第1、第2の端子と上記第3の端子との間に接続された第2のヒューズとを備え、
上記第1又は第2の端子、上記第1、第2のヒューズ及び上記第3の端子を介して上記発熱抵抗に電流を流し、上記発熱抵抗が発熱した熱により、上記第1のヒューズを溶融させ、上記第1の端子と上記第2の端子との間を遮断した後に、上記第2のヒューズを溶融させ、上記第1及び第2の端子と上記第3の端子との間を遮断する遮断素子回路。 A first terminal and a second terminal connected to an external circuit;
Heating resistance,
A third terminal connected to the heating element;
A first fuse connected between the first terminal and the second terminal and connected in series to the external circuit, and between the first, second terminal, and the third terminal. And a second fuse connected to
A current is passed through the heating resistor through the first or second terminal, the first and second fuses, and the third terminal, and the first fuse is melted by the heat generated by the heating resistor. And disconnecting between the first terminal and the second terminal, melting the second fuse, and disconnecting between the first and second terminals and the third terminal. Breaking element circuit.
上記スイッチ素子を駆動させることにより上記発熱抵抗に電流が流れる請求項29記載の遮断素子回路。 The first fuse is connected in series to a power supply line, the open end of the heating resistor is connected to the opposite pole of the power supply line via a switch element;
30. The interruption element circuit according to claim 29, wherein a current flows through the heating resistor by driving the switch element.
発熱抵抗と、
上記発熱抵抗と接続された第3の端子と、
上記第1の端子と上記第2の端子との間に接続され、上記外部回路に直列に接続される第3のヒューズと、
上記第1及び/又は第2の端子と上記第3の端子との間に接続された第4のヒューズとを備え、
上記第1又は第2の端子、上記第3、第4のヒューズ及び上記第3の端子を介して上記発熱抵抗に電流を流し、上記発熱抵抗が発熱した熱により、上記第3のヒューズを溶融させ、上記第1の端子と上記第2の端子との間を遮断した後に、上記第4のヒューズを溶融させ、上記第1及び第2の端子と上記第3の端子との間を遮断する遮断素子回路。 A first terminal and a second terminal connected to an external circuit;
Heating resistance,
A third terminal connected to the heating resistor;
A third fuse connected between the first terminal and the second terminal and connected in series to the external circuit;
A fourth fuse connected between the first and / or second terminal and the third terminal;
A current is passed through the heating resistor through the first or second terminal, the third and fourth fuses, and the third terminal, and the third fuse is melted by the heat generated by the heating resistor. And disconnecting between the first terminal and the second terminal, melting the fourth fuse, and disconnecting between the first and second terminals and the third terminal. Breaking element circuit.
上記スイッチ素子を駆動させることにより上記発熱抵抗に電流が流れる請求項31記載の遮断素子回路。 The third fuse is connected in series to the power supply line, and the open end of the heating resistor is connected to the opposite pole of the power supply line via a switch element;
32. The interruption element circuit according to claim 31, wherein a current flows through the heating resistor by driving the switch element.
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