JP7280151B2 - 保護素子、バッテリパック - Google Patents

Description

本技術は、電流経路を遮断する保護素子、及びこれを用いたバッテリパックに関する。

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。

多くのリチウムイオン二次電池を用いた電子装置においては、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、瞬間的な大電流が流れた場合、或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保護素子が用いられている。

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、この発熱体の発熱によって電流経路上の可溶導体を溶断する構造が用いられている。

特開２０１５－５３２６０号公報

リチウムイオン二次電池の用途は、近年拡大しており、より大電流の用途、例えば電動ドライバ等の電動工具や、ハイブリッドカー、電気自動車、電動アシスト自転車等の輸送機器に採用が検討され、一部採用が開始されている。これらの用途において、特に起動時等には、数１０Ａ～１００Ａを超えるような大電流が流れる場合がある。このような大電流容量に対応した保護素子の実現が望まれている。

このような大電流に対応する保護素子を実現するために、断面積を増大させた可溶導体を用い、この可溶導体の表面に、発熱体を形成した絶縁基板を接続した保護素子が提案されている。

図２６、図２７、図２８、図２９は、大電流用途を想定した保護素子の一構成例を示す図である。図２６は外観斜視図であり、図２７は平面図であり、図２８は図２７におけるＤ－Ｄ’断面図であり、図２９は上側ケースを省略して示す平面図である。図２６～図２９に示す保護素子１００は、バッテリの充放電回路等の外部回路と接続される第１、第２の外部接続端子１０１，１０２間に可溶導体１０３が接続されることにより当該外部回路の一部を構成し、過電圧等の異常時には、可溶導体１０３が溶融することにより第１の外部接続端子１０１と第２の外部接続端子１０２との間の電流経路を遮断するものである。

保護素子１００は、絶縁基板１０５と、外部回路と接続される第１、第２の外部接続端子１０１，１０２と、絶縁基板１０５の表面に並列された２つの発熱体１０６と、発熱体１０６を被覆する絶縁層１０７と、絶縁層１０７上に積層されるとともに発熱体１０６と接続された表面電極１０８と、第１の外部接続端子１０１、表面電極１０８、及び第２の外部接続端子１０２にわたってソルダーペーストを介して搭載される可溶導体１０３とを備える。

保護素子１００は、第１、第２の外部接続端子１０１，１０２が素子筐体の内外にわたって配設され、保護素子１００が実装される外部回路基板に設けられた接続電極にねじ止め等により接続されることにより、可溶導体１０３が外部回路基板上に形成された電流経路の一部に組み込まれる。

発熱体１０６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、例えばニクロム、Ｗ、Ｍｏ、Ｒｕ等又はこれらを含む材料からなる。また、発熱体１０６は、絶縁基板１０５の表面上に形成された発熱体給電電極１０９と接続されている。発熱体給電電極１０９は、第３の外部接続端子１１０とソルダーペーストを介して接続されている。保護素子１００は、第３の外部接続端子１１０が、保護素子１００が実装される外部回路基板に設けられた接続電極に接続されることにより、発熱体１０６が外部回路に設けられた外部電源と接続されている。そして、発熱体１０６は、図示しないスイッチ素子等により常時、通電及び発熱が制御されている。

発熱体１０６は、ガラス層等からなる絶縁層１０７によって被覆されるとともに、絶縁層１０７上に表面電極１０８が形成されることにより、絶縁層１０７を介して表面電極１０８が重畳されている。また、表面電極１０８上には第１、第２の外部接続端子１０１，１０２間にわたって接続された可溶導体１０３がソルダーペーストを介して接続されている。

これにより、保護素子１００は、発熱体１０６と可溶導体１０３が重畳されることにより熱的に接続され、発熱体１０６が通電によって発熱すると可溶導体１０３を溶断することができる。

可溶導体１０３は、Ｐｂフリーハンダなどの低融点金属やＡｇ、Ｃｕ又はこれらを主成分とする合金などの高融点金属により形成され、あるいは低融点金属と高融点金属の積層構造を有する。そして、可溶導体１０３は、第１の外部接続端子１０１から表面電極１０８を跨って第２の外部接続端子１０２にかけて接続されることにより、保護素子１００が組み込まれた外部回路の電流経路の一部を構成する。そして、可溶導体１０３は、定格を超える電流が通電することによって自己発熱（ジュール熱）により溶断し、あるいは発熱体１０６の発熱により溶断し、第１、第２の外部接続端子１０１，１０２間を遮断する。

そして、保護素子１００は、外部回路の電流経路を遮断する必要が生じると、スイッチ素子により発熱体１０６へ通電される。これにより、保護素子１００は、発熱体１０６が高温に発熱され、外部回路の電流経路上に組み込まれた可溶導体１０３が溶融される。可溶導体１０３の溶融導体は、濡れ性の高い表面電極１０８及び第１、第２の外部接続端子１０１，１０２に引き寄せられることにより可溶導体１０３が溶断される。したがって、保護素子１００は、第１の外部接続端子１０１～表面電極１０８～第２の外部接続端子１０２の間を溶断させ、外部回路の電流経路を遮断することができる。

保護素子１００は、図３０に示すように、下側ケース１１１と、上側ケース１１２とを有し、これら下側ケース１１１と上側ケース１１２とは、接合されることにより保護素子１００の筐体１１３を構成する。なお、図３０は、筐体１１３を示す図であり、（Ａ）は上側ケース１１２の底面図、（Ｂ）は下側ケース１１１及び上側ケース１１２の断面図、（Ｃ）は下側ケース１１１の平面図である。下側ケース１１１は、絶縁基板１０５と、第１、第２の外部接続端子１０１，１０２とを支持する。上側ケース１１２は、上述した素子内部構成を収容する空間を有する。

下側ケース１１１は、各コーナー部に嵌合凸部１１４が形成されている。また、上側ケース１１２は、各コーナー部に嵌合凸部１１４と嵌合される嵌合凹部１１５が形成されている。筐体１１３を形成する際には、図３１に示すように、下側ケース１１１の嵌合凸部１１４を含む側縁部に接着剤１２０が供給され、上側ケース１１２と付き合わされる。これにより、嵌合凸部１１４と嵌合凹部１１５とが接着剤１２０を介して嵌合され、下側ケース１１１と上側ケース１１２が接合される。

ここで、保護素子１００が大電流用途に対応するためには、上述したように可溶導体１０３の大型化や、発熱体１０６の発熱量の増加が求められる。しかし、これに伴い可溶導体１０３の溶断時の熱衝撃も大きくなり、またケース内部の空気が急激に膨張するため、筐体１１３にはその圧力に耐える接合強度が求められる。下側ケース１１１と上側ケース１１２の接合強度を上げるためには、接着剤１２０の量を増加させることが考えられるが、接着剤１２０を増加させると、嵌合時において嵌合凹部１１５へ流入する量が増える。また、嵌合凸部１１４に沿って、嵌合凹部１１５との間にも接着剤が入り込む。

このため、図３２に示すように、下側ケース１１１と上側ケース１１２とを突き合わせたときに、嵌合凸部１１４と嵌合凹部１１５との間に流入した接着剤１２０の逃げ場が無くなり、却って下側ケース１１１と上側ケース１１２との密着を阻害してしまう。これにより、下側ケース１１１から上側ケース１１２が浮いた状態となり、所望の接着強度が得られずに可溶導体１０３の溶断時に上側ケース１１２が外れる、あるいは、所定の筐体の高さ条件を満たすことができない、といった不具合が生じる恐れがある。

そこで、本技術は、嵌合凸部と嵌合凹部との間の接着剤の余剰分を排除し、下側ケースと上側ケースとの接着強度を確実に確保できる保護素子及びこれを用いたバッテリパック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、本技術に係る保護素子は、可溶導体と、下側ケースと上側ケースを有し、上記上側ケース及び上記下側ケースが接着剤によって接合されることにより形成される筐体を備え、上記上側ケース及び上記下側ケースは、いずれか一方に嵌合凹部が形成され、いずれか他方に上記嵌合凹部に嵌合する嵌合凸部が形成され、上記嵌合凹部と連続するとともに上記上側ケース及び上記下側ケースの突き合わせ面に延在し、上記接着剤を流動させるスリットが形成されているものである。

上述した課題を解決するために、本技術に係る保護素子は、可溶導体と、下側ケースと上側ケースを有し、上記上側ケース及び上記下側ケースが接着剤によって接合されることにより形成される筐体を備え、上記上側ケース及び上記下側ケースは、いずれか一方に嵌合凹部が形成され、いずれか他方に上記嵌合凹部に嵌合する嵌合凸部が形成され、上記嵌合凸部は、外周面に上記接着剤を流動させるスリットが形成されているものである。

上述した課題を解決するために、本技術に係る保護素子は、可溶導体と、下側ケースと上側ケースを有し、上記上側ケース及び上記下側ケースが接着剤によって接合されることにより形成される筐体を備え、上記上側ケース及び上記下側ケースは、いずれか一方に嵌合凹部が形成され、いずれか他方に上記嵌合凹部に嵌合する嵌合凸部が形成され、上記嵌合凹部と連続するとともに上記上側ケース及び上記下側ケースの突き合わせ面に延在し、上記接着剤を流動させるスリットが形成され、上記嵌合凸部は、外周面に上記接着剤を流動させるスリットが形成されているものである。

また、本技術に係るバッテリパックは、１つ以上のバッテリセルと、上記バッテリセルの充放電経路上に接続され、該充放電経路を遮断する保護素子を備え、上記保護素子は、可溶導体と、下側ケースと上側ケースを有し、上記上側ケース及び上記下側ケースが接着剤によって接合されることにより形成される筐体を備え、上記上側ケース及び上記下側ケースは、いずれか一方に嵌合凹部が形成され、いずれか他方に上記嵌合凹部に嵌合する嵌合凸部が形成され、上記嵌合凹部と連続するとともに上記上側ケース及び上記下側ケースの突き合わせ面に延在し、上記接着剤を流動させるスリットが形成されているものである。

また、本技術に係るバッテリパックは、１つ以上のバッテリセルと、上記バッテリセルの充放電経路上に接続され、該充放電経路を遮断する保護素子を備え、上記保護素子は、可溶導体と、下側ケースと上側ケースを有し、上記上側ケース及び上記下側ケースが接着剤によって接合されることにより形成される筐体を備え、上記上側ケース及び上記下側ケースは、いずれか一方に嵌合凹部が形成され、いずれか他方に上記嵌合凹部に嵌合する嵌合凸部が形成され、上記嵌合凸部は、突出方向に沿って上記接着剤を流動させるスリットが形成されているものである。

また、本技術に係るバッテリパックは、１つ以上のバッテリセルと、上記バッテリセルの充放電経路上に接続され、該充放電経路を遮断する保護素子を備え、上記保護素子は、可溶導体と、下側ケースと上側ケースを有し、上記上側ケース及び上記下側ケースが接着剤によって接合されることにより形成される筐体を備え、上記上側ケース及び上記下側ケースは、いずれか一方に嵌合凹部が形成され、いずれか他方に上記嵌合凹部に嵌合する嵌合凸部が形成され、上記嵌合凹部と連続するとともに上記上側ケース及び上記下側ケースの突き合わせ面に延在し、上記接着剤を流動させるスリットが形成され、上記嵌合凸部は、突出方向に沿って上記接着剤を流動させるスリットが形成されているものである。

本技術によれば、スリットは、上側ケース及び下側ケースを突き合わせたときに、嵌合凹部内に充填された接着剤の余剰分を内部に流動させることで、接着剤の余剰分を嵌合凸部と嵌合された嵌合凹部内に滞留させることを防ぐ。これにより、嵌合凹部内に滞留する接着剤の余剰分によって上側ケース及び下側ケースの密着が阻害されることを防止することができる。

図１は、本技術が適用された保護素子の外観斜視図である。 図２は、本技術が適用された保護素子の断面図である。 図３は、本技術が適用された保護素子の上側ケースを省略して示す平面図である。 図４は、本技術が適用された保護素子において、可溶導体が溶断した状態を示す断面図である。 図５は、下側ケースを示す図であり、（Ａ）は平面図、（Ｂ）は（Ａ）のＥ－Ｅ’断面図である。 図６は、上側ケースを示す図であり、（Ａ）は底面図、（ｂ）は（Ａ）のＣ－Ｃ’断面図である。 図７は、下側ケースと上側ケースの接合工程を示す図であり、（Ａ）は接着剤の流動を示す下側ケースの平面図であり、（Ｂ）は接着剤を塗布した下側ケースと上側ケースを嵌合させた状態における接着剤の流動を示す（Ａ）のＧ－Ｇ’断面図である。 図８は、凹部スリットの変形例を示す図であり、（Ａ）は上側ケースの底面図、（Ｂ）は（Ａ）のＨ－Ｈ’断面図である。 図９は、凹部スリットの変形例を示す平面図である。 図１０は、凹部スリットの変形例を示す平面図である。 図１１は、下側ケースと上側ケースの接合工程を示す図であり、（Ａ）は接着剤を塗布した下側ケースを示す平面図であり、（Ｂ）は上側ケースと下側ケースを対向配置させた（Ａ）のＦ－Ｆ’断面図である。 図１２は、下側ケースに凸部スリットを設けた筐体を示す図であり、（Ａ）は上側ケースの底面図、（Ｂ）は上側ケースと下側ケースを対向配置させた断面図、（Ｃ）は下側ケースの平面図である。 図１３は、凸部スリットが形成された嵌合凸部を示す図であり、（Ａ）は平面図、（Ｂ）は（Ａ）のＪ－Ｊ’断面図である。 図１４は、下側ケースに凸部スリットを設けた筐体を示す図であり、（Ａ）は上側ケースの底面図、（Ｂ）は上側ケースと下側ケースを対向配置させた断面図、（Ｃ）は下側ケースの平面図である。 図１５は、凸部スリットが形成された嵌合凸部を示す図であり、（Ａ）は平面図、（Ｂ）は（Ａ）のＪ－Ｊ’断面図である。 図１６は、嵌合凸部が設けられた上側ケースを示す図であり、（Ａ）は底面図、（Ｂ）は（Ａ）のＬ－Ｌ’断面図である。 図１７は、嵌合凹部が設けられた下側ケースを示す図であり、（Ａ）は平面図、（Ｂ）は（Ａ）のＭ－Ｍ’断面図である。 図１８は、下側ケースと上側ケースの接合工程を示す図であり、（Ａ）は接着剤の流動を示す下側ケースの平面図であり、（Ｂ）は接着剤を塗布した下側ケースと上側ケースを嵌合させた状態における接着剤の流動を示す（Ａ）のＫ－Ｋ’断面図である。 図１９は、下側ケースと上側ケースの接合工程を示す図であり、（Ａ）は接着剤を塗布した下側ケースを示す平面図であり、（Ｂ）は上側ケースと下側ケースを対向配置させた（Ａ）のＮ－Ｎ’断面図である。 図２０は、可溶導体の外観斜視図である。 図２１は、バッテリパックの構成例を示す回路図である。 図２２は、本技術が適用された保護素子の回路図である。 図２３は、本技術が適用された保護素子の変形例を示す断面図である。 図２４は、変形例に係る保護素子の回路図である。 図２５は、変形例に係る保護素子において、可溶導体が溶断した状態を示す断面図である。 図２６は、大電流対応の保護素子を示す外観斜視図である。 図２７は、図２６に示す保護素子の平面図である。 図２８は、図２７におけるＤ－Ｄ‘断面図である。 図２９は、図２６に示す保護素子を上側ケースを省略して示す平面図である。 図３０は、図２６に示す保護素子の筐体を示す図であり、（Ａ）上側ケースの底面図、（Ｂ）は下側ケース及び上側ケースを対向配置した状態で示す断面図、（Ｃ）は下側ケースの平面図である。 図３１は、下側ケースと上側ケースの接合工程を示す図であり、（Ａ）は接着剤を塗布した下側ケースと上側ケースを対向配置した状態で示す断面図、（Ｂ）は接着剤を塗布した下側ケースの平面図である。 図３２は、下側ケースと上側ケースを接合した状態を示す図であり、（Ａ）は嵌合凹部内に接着剤が充填された上側ケースを示す底面図であり、（Ｂ）は下側ケースと上側ケースを接合した状態を示す断面図である。

以下、本技術が適用された保護素子、バッテリパックについて、図面を参照しながら詳細に説明する。なお、本技術は、以下の実施形態のみに限定されるものではなく、本技術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。

［第１の実施の形態：嵌合凹部スリット］
図１、図２、図３に本技術が適用された保護素子１を示す。保護素子１は、絶縁基板２と、絶縁基板２の表面に搭載された可溶導体３と、絶縁基板２の裏面を支持する下側ケース４と、絶縁基板２の表面を覆う上側ケース５を有し、下側ケース４と上側ケース５が接着剤１９によって接合されることにより絶縁基板２を収納する筐体６を備える。また、保護素子１は、第１、第２の外部接続端子７，８を有する。第１、第２の外部接続端子７，８は、筐体６の内外にわたって配設され、保護素子１が実装される外部回路に設けられた接続電極にねじ止め等により接続される。第１、第２の外部接続端子７，８は、下側ケース４に支持されるとともに、各一端が可溶導体３によって接続されている。そして、保護素子１は、第１、第２の外部接続端子７，８を介して外部回路に組み込まれることにより、可溶導体３が当該外部回路の電流経路の一部を構成し、後述する発熱体１０の発熱、あるいは定格を超える過電流によって溶断することにより電流経路を遮断することができる。

［絶縁基板］
絶縁基板２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によって形成される。その他、絶縁基板２は、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。図３に示す絶縁基板２では、後述する表面電極１１を介して接続される可溶導体３の延在方向の両側縁を第１の側縁部２ｃとし、後述する発熱体電極１５及び発熱体給電電極１６が形成される両側縁を第２の側縁部２ｄとする。

［発熱体］
可溶導体３を溶断する発熱体１０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、たとえばニクロム、Ｗ、Ｍｏ、Ｒｕ、Ｃｕ、Ａｇ、あるいはこれらを主成分とする合金等からなる。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２の表面２ａ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ことができる。

発熱体１０は、絶縁基板２の表面２ａ上において絶縁層９に被覆されている。絶縁層９上には、後述する表面電極１１が積層される。絶縁層９は、発熱体１０の保護及び絶縁を図るとともに、発熱体１０の熱を効率よく表面電極１１及び可溶導体３へ伝えるために設けられ、例えばガラス層からなる。

発熱体１０は、一端が絶縁基板２の表面２ａに形成された発熱体電極１５と接続されている。また、発熱体電極１５は、絶縁層９上に形成された表面電極１１と接続されている。これにより発熱体１０は、表面電極１１上に搭載された可溶導体３と電気的に接続されている。また、発熱体１０は、他端が発熱体給電電極１６と接続されている。発熱体給電電極１６は、絶縁基板２の表面２ａに形成されるとともに、ソルダーペースト等の接続材料２０を介して第３の外部接続端子１７と接続され、この第３の外部接続端子１７を介して外部回路と接続される。そして、保護素子１は、外部回路と接続されることにより、第３の外部接続端子１７を介して発熱体１０が外部回路に形成された発熱体１０への給電経路に組み込まれる。

また、発熱体１０は、図３に示すように、通電方向が可溶導体３の通電方向と交差する方向となるように形成され、発熱体電極１５及び発熱体給電電極１６が第２の側縁部２ｄに形成されることが、絶縁基板２の面積を効率的に用いる上で好ましい。

また、発熱体１０は、絶縁基板２の表面に複数形成してもよい。図３に示す保護素子１の例では、２つの発熱体１０を形成している。各発熱体１０は、一端が発熱体電極１５と接続され、他端が発熱体給電電極１６と接続され、電気的に並列に接続されている。

なお、保護素子１は、発熱体１０を絶縁基板２の表面２ａに積層した絶縁層９の内部に形成してもよい。また、保護素子１は、発熱体１０を絶縁基板２の内部に形成してもよい。また、保護素子１は、発熱体１０を絶縁基板２の裏面２ｂに形成してもよい。なお、発熱体１０を絶縁基板２の裏面２ｂに形成する場合、発熱体１０は、一端が絶縁基板２の裏面２ｂに形成された裏面電極と接続され、裏面電極及び表面電極１１間を貫通する導電貫通孔を介して表面電極１１上に搭載された可溶導体２と電気的に接続される。また、発熱体１０は、他端が絶縁基板２の裏面２ｂに形成された発熱体給電電極を介して第３の外部接続端子１７と接続される。

［表面電極］
絶縁層９上には、発熱体電極１５を介して発熱体１０と接続されるとともに、可溶導体３と接続される表面電極１１が形成されている。表面電極１１は、ソルダーペースト等の接合材料２０を介して可溶導体３に接続されている。また、表面電極１１は、可溶導体３が溶融すると溶融導体３ａが凝集され、これにより可溶導体３を溶断することができる。

表面電極１１は、吸引孔１２を形成してもよい。吸引孔１２は、可溶導体３が溶融すると、毛管現象によってこの溶融導体３ａを吸引し、表面電極１１上で保持する溶融導体３ａの体積を減少させるものである（図４参照）。保護素子１は、大電流用途に対応するために可溶導体３の断面積を増大させることにより、溶融量が増大した場合にも、吸引孔１２に吸引させることで、溶融導体３ａの体積を減少させることができる。このような構成を有する絶縁基板２は、発熱体１０が通電、発熱されるとこの熱により可溶導体３を溶融させ、その溶融導体３ａを吸引孔１２に吸引し遮断する溶断部材１８を構成する。

これにより、保護素子１は、表面電極１１上で保持する溶融導体３ａの体積を減少させてより確実に第１、第２の外部接続端子７，８間の絶縁を図り、また、可溶導体３の溶断時に発生するアーク放電による溶融導体３ａの飛散を軽減して絶縁抵抗の低下を防止し、さらに、可溶導体３の搭載位置の周辺回路への付着による短絡故障を防止することができる。

吸引孔１２は、内面に導電層１３が形成されている。導電層１３が形成されることにより、吸引孔１２は、溶融導体３ａを吸引しやすくすることができる。導電層１３は、例えば銅、銀、金、鉄、ニッケル、パラジウム、鉛、錫のいずれか、又はいずれかを主成分とする合金によって形成され、吸引孔１２の内面を電解メッキや導電ペーストの印刷等の公知の方法により形成することができる。また、導電層１３は、複数の金属線や、導電性を有するリボンの集合体を吸引孔１２内に挿入することにより形成してもよい。

また、吸引孔１２は、絶縁基板２の厚さ方向に貫通する貫通孔として形成されることが好ましい。これにより、吸引孔１２は、溶融導体３ａを絶縁基板２の裏面２ｂ側まで吸引することができ、より多くの溶融導体３ａを吸引し、溶断部位における溶融導体３ａの体積を減少させることができる。なお、吸引孔１２は、非貫通孔として形成してもよい。

吸引孔１２の導電層１３は、絶縁基板２の表面２ａに形成された表面電極１１と連続されている。表面電極１１は、可溶導体３を支持するとともに溶融導体３ａが凝集するため、表面電極１１と導電層１３とが連続することにより、溶融導体３ａを吸引孔１２内に導きやすくすることができる。

なお、導電層１３及び表面電極１１は、発熱体１０によって加熱されることにより、可溶導体３の溶融導体３ａを吸引孔１２内へ吸引させやすくするとともに、表面電極１１上に凝集しやすくすることができる。したがって、保護素子１は、表面電極１１から導電層１３を介して吸引孔１２へ溶融導体３ａを吸引する作用を促進させ、確実に可溶導体３を溶断することができる。

また、絶縁基板２の裏面２ｂには、吸引孔１２の導電層１３と接続された裏面電極１４を形成してもよい。裏面電極１４は、導電層１３と連続することにより、可溶導体３が溶融すると、吸引孔１２を介して移動した溶融導体３ａが凝集する（図４参照）。これにより、保護素子１は、より多くの溶融導体３ａを吸引し、溶断部位における溶融導体３ａの体積を減少させることができる。

なお、保護素子１は、吸引孔１２を複数形成することにより、可溶導体３の溶融導体３ａを吸引する経路を増やし、より多くの溶融導体３ａを吸引することで、溶断部位における溶融導体３ａの体積を減少させるようにしてもよい。このとき、複数の吸引孔１２は、表面電極１１と可溶導体３とが重畳する可溶導体３の幅方向にわたって形成してもよい。また、吸引孔１２は、溶融導体３ａが濡れ拡がる表面電極１１と可溶導体３とが重畳しない領域にも形成してもよい。

また、２つの発熱体１０を並列して設ける場合、絶縁基板２の表面２ａ、裏面２ｂ又は内部に形成するいずれの場合においても、吸引孔１２の両側に形成することが、表面電極１１及び裏面電極１４を加熱し、またより多くの溶融導体３ａを吸引、凝集するうえで好ましい。

［筐体］
次いで、保護素子１の筐体６について説明する。筐体６は、下側ケース４と上側ケース５とが接着剤１９によって接合されることにより形成される。筐体６は、例えば、各種エンジニアリングプラスチック、熱可塑性プラスチック、セラミックス等の絶縁性を有する部材を用いて形成することができる。また、筐体６は、絶縁基板２の表面２ａ上に、可溶導体３が溶融時に球状に膨張し、溶融導体３ａが表面電極１１や第１、第２の外部接続端子７，８上に凝集するのに十分な内部空間を有する。

下側ケース４と上側ケース５との接合は、接着剤１９を用いて行う。接着剤１９は、筐体６の側面を構成する下側ケース４の側壁上端面と上側ケース５の側壁下端面５ａとの間に供給、硬化されることにより、下側ケース４と上側ケース５とが接合される。接着剤１９としては特に制限はなく、例えば熱硬化型の接着剤が挙げられる。また、接着剤１９の形態としては接合過程において流動性を示すものであればよく、その相状態は問わないが、作業性の観点から液状であることが好ましい。

また、本技術が適用された保護素子においては、下側ケース４及び上側ケース５は、いずれか一方に嵌合凹部２５が形成され、いずれか他方に嵌合凹部２５に嵌合する嵌合凸部２６が形成されている。以下では、下側ケース４に嵌合凸部２６を設け、上側ケース５に嵌合凹部２５を設ける場合を例に説明する。

［下側ケース］
図５は下側ケース４を示す図であり、（Ａ）は平面図、（Ｂ）は（Ａ）のＥ－Ｅ’断面図である。下側ケース４は、略方形状に形成され、各コーナー部に計４つの嵌合凸部２６が形成されている。嵌合凸部２６は円柱状に形成されているが、嵌合凸部２６の形状は後述する嵌合凹部２５と嵌合する凸形状であればよく、例えば円錐状、角柱状、角錐状等でもよい。

また、下側ケース４は、略中央部に、絶縁基板２の中央部を中空に保持する凹面部２３が設けられている。下側ケース４は、凹面部２３の側縁に沿って絶縁基板２の外側縁を支持する。凹面部２３を設けることにより、下側ケース４と絶縁基板２との接触面積が減り、発熱体１０の熱が下側ケース４に吸熱されることを抑制することができる。したがって、保護素子１は、発熱体１０の熱を効率よく可溶導体３に伝達することができ、より速やかに溶断させることができる。特に、凹面部２３を下側ケース４の略中央部に設けることで、発熱体１０の直下が中空とされ、発熱体１０の熱の下側ケース４への放熱を抑制することができる。

［上側ケース］
図６は上側ケース５を示す図であり、（Ａ）は底面図、（ｂ）は（Ａ）のＣ－Ｃ’断面図である。上側ケース５は、下側ケース４と同様に略方形状に形成され、各コーナー部に下側ケース４に設けられた嵌合凸部２６が嵌合する計４つの嵌合凹部２５が設けられている。また、上側ケース５は、絶縁基板２の表面２ａ上に形成された可溶導体３や第１、第２の外部接続端子７，８を覆い、また溶断した可溶導体３ａが表面電極１１及び第１、第２の外部接続端子７，８上に凝集可能な内部空間を有する。

また、上側ケース５は、嵌合凹部２５と連続するとともに上側ケース５及び下側ケース４の突き合わせ面となる上側ケース５の側壁下端面５ａに延在し、接着剤１９を流動させる凹部スリット２７が形成されている。図７に示すように、凹部スリット２７は、上側ケース５及び下側ケース４を突き合わせたときに、嵌合凹部２５内に充填された接着剤１９の余剰分を内部に流動させることで、接着剤１９の余剰分を嵌合凸部２６と嵌合された嵌合凹部２５内に滞留させることを防ぐ。これにより、嵌合凹部２５内に滞留する接着剤１９の余剰分によって上側ケース５及び下側ケース４の密着が阻害されることを防止することができる。なお、嵌合凹部２５内には嵌合凸部２６との接合に必要な分の接着剤１９は残留するため、嵌合凹部２５と嵌合凸部２６との接着強度は十分に確保される。また、凹部スリット２７を設けることにより接着剤１９との接着面積が増加され、接着強度の向上を図ることができる。

したがって、保護素子１は、下側ケース４から上側ケース５が浮いた状態となることなく密着し、所望の接着強度を得ることができる。これにより、保護素子１は、可溶導体３の溶断時に上側ケース５が外れる、あるいは、所定の筐体の高さ条件を満たすことができない、といった不具合が生じることを防止することができる。

凹部スリット２７は、接着剤１９が供給される上側ケース５の側壁下端面５ａに沿って形成されることが好ましい。また、凹部スリット２７の長さに特に制限はない。凹部スリット２７の幅は特に制限はないが、平面視において嵌合凹部２５の直径以下であることが好ましい。また、凹部スリット２７の深さは特に制限はないが、嵌合凹部２５の深さと同じか、これよりも浅いことが好ましい。

また、図６（Ｂ）に示すように、凹部スリット２７は、嵌合凹部２５から離間するにしたがい、嵌合凹部２５の底面側から嵌合凹部２５の上面側にかけて漸次浅くなるテーパ状に形成されていることが好ましい。これにより、凹部スリット２７に流入した接着剤１９の余剰分を上側ケース５及び下側ケース４の突き合わせ面となる上側ケース５の側壁下端面５ａに導き、上側ケース５及び下側ケース４の接合に供することができる。また、相対的に、筐体６のコーナー部に向かって接着剤の供給量が増えることで、接着強度を向上させることができる。

また、凹部スリット２７は、図８に示すように、嵌合凹部２５から離間するにしたがい、漸次拡幅するように形成してもよい。これにより、接着剤１９の余剰分を嵌合凹部２５内からよりスリット先端に流出させやすくなる。

また、図９に示すように、１つの嵌合凹部２５から複数の凹部スリット２７を延在させてもよい。これにより、より多くの接着剤１９の余剰分を嵌合凹部２５内から流出させることができる。なお、複数の凹部スリット２７の形状（幅、長さ、深さ、傾斜等）は同じであってもよく、異ならせることで接着剤１９の流動量を方向に応じて異ならせてもよい。

また、図９に示すように、凹部スリット２７は、上側ケース５の各コーナー部に形成されている１つの嵌合凹部２５から、隣接する２つの側壁に沿って各々形成されていることが好ましい。これにより、より多くの接着剤１９の余剰分を嵌合凹部２５内から流出させることができる。また、これにより、接着剤１９の余剰分を下側ケース４との突き合わせ面となる上側ケース５の側壁下端面５ａに導き、上側ケース５及び下側ケース４の接合に供することができる。

なお、凹部スリット２７は全嵌合凹部２５に形成されていることが好ましいが、必ずしも全嵌合凹部２５に形成されていなくともよい。

また、図１０に示すように、隣りあう嵌合凹部２５から延在する凹部スリット２７同士が連続するように形成してもよい。これにより、嵌合凹部２５内に充填された接着剤１９の余剰分を凹部スリット２７に導出させるとともに、上側ケース５及び下側ケース４の突き合わせ面に供給された接着剤１９の余剰分を凹部スリット２７内に吸収させ、接着剤１９の余剰分による密着の阻害を防止することができる。また、凹部スリット２７を設けることにより接着剤１９との接着面積が増加され、接着強度の向上を図ることができる。

なお、上側ケース５は、下側ケース４と突き合わされる側壁の下端面５ａに、下側ケース４に支持された第１、第２の外部接続端子７，８及び第３の外部接続端子１７を筐体６の内外にわたって配設するための凹部が形成されている。この凹部は、第１、第２の外部接続端子７，８及び第３の外部接続端子１７の配設位置に対応した位置に形成されている、また、凹部は、第１、第２の外部接続端子７，８及び第３の外部接続端子１７の形状に応じた形状を有する。したがって、筐体６は、下側ケース４と上側ケース５とを隙間なく突き合わさせ接合するとともに、第１、第２の外部接続端子７，８及び第３の外部接続端子１７を筐体外へ導出させることができる。

筐体６を形成する際には、図１１に示すように、下側ケース４の嵌合凸部２６を含む側縁部に接着剤１９が供給され、上側ケース５と付き合わされる。これにより、嵌合凸部２６と嵌合凹部２５とが接着剤１９を介して嵌合され、下側ケース４と上側ケース５が接合される。

［変形例１］
次いで、本技術が適用された保護素子の変形例について説明する。本技術が適用された保護素子は、嵌合凹部２５と連続する凹部スリット２７に替えて、又は嵌合凹部２５と連続する凹部スリット２７とともに、嵌合凸部２６に凸部スリット２８を形成してもよい。凸部スリット２８は、嵌合凸部２６の周面に設けられ、接着剤１９の余剰分を流動させることで、接着剤１９の余剰分による下側ケース４と上側ケース５との密着の阻害を防止する。

凸部スリット２８は、嵌合凸部２６の外周面に形成され、例えば、図１２、図１３に示すように、凸部スリット２８は、嵌合凸部２６の突出方向に沿って直線状に形成されている。図１２は、下側ケース４に凸部スリット２８を設けた筐体６を示す図であり、（Ａ）は上側ケース５の底面図、（Ｂ）は上側ケース５と下側ケース４を対向配置させた断面図、（Ｃ）は下側ケース４の平面図である。図１３は、凸部スリット２８が形成された嵌合凸部２６を示す図であり、（Ａ）は平面図、（Ｂ）は（Ａ）のＪ－Ｊ’断面図である。

なお、凸部スリット２８の形態は、直線状に限らず、波形状、矩形波状、ジグザグ状等であってもよい。また、凸部スリット２８は、嵌合凸部２６の突出方向に形成する他、外周面を周回する方向に形成してもよい。また、凸部スリット２８は、嵌合凸部２６の外周面にらせん状に形成してもよい。また、凸部スリット２８は、連続して形成されてもよく、断続的に形成されていてもよい。

凸部スリット２８を形成する向きは、特に制限は無いが、接着剤１９が供給される下側ケース４と上側ケース５との突き合わせ面に向けて形成することが好ましい。例えば、図１２に示す構成では、凸部スリット２８は、下側ケース４の側壁に沿った向きに形成されることが好ましい。これにより、接着剤１９の余剰分を接着剤１９が供給される下側ケース４と上側ケース５との突き合わせ面に流動させることができ、接着に供することができる。また、上述した嵌合凹部２５と連続する凹部スリット２７が設けられている場合は、凹部スリット２７と同じ向きに形成することが好ましい。

また、凸部スリット２８は、嵌合凸部２８の基部から形成されることが好ましい。嵌合凸部２６の基部は下側ケース４と上側ケース５との突き合わせ面となることから、接着剤１９の余剰分を積極的に吸収することで密着を促すことができる。また、凸部スリット２８は、嵌合凸部２８の頂部にわたって形成することが好ましい。これにより、嵌合凹部２５内に滞留する接着剤１９の余剰分を凸部スリット２８に導入させやすくするとともに、接着剤１９の吸収量を増加させることができる。

また、凸部スリット２８は、一つの嵌合凸部２６に複数形成してもよい。これにより、より多くの接着剤１９の余剰分を凸部スリット２８内に吸収させることができる。また、凸部スリット２８は、図１２に示すように、下側ケース４のコーナー部に形成された嵌合凸部２６の、隣り合う２つの側壁に沿った向きに形成されることが好ましい。これにより、接着剤１９の余剰分を接着剤１９が供給される下側ケース４と上側ケース５との突き合わせ面に流動させることができ、接着に供することができる。また、上述した嵌合凹部２５と連続する凹部スリット２７が設けられている場合は、凹部スリット２７と同じ向きに形成することが好ましい。

また、図１４、図１５に示すように、凸部スリット２８は、平面視において、嵌合凸部２６の周面から中心方向にわたって漸次幅が小さくなるテーパ状に形成してもよい。これにより、毛管現象を作用させ、接着剤１９を凸部スリット２８内に流入することができ、また流入量を増加させることができる。

また、凸部スリット２８は、断面視において、嵌合凸部２６の頂部から基部にかけて漸次拡幅するテーパ状に形成してもよい。これにより、毛管現象を作用させ、下側ケース４と上側ケース５との突き合わせ面に滞留する接着剤１９の余剰分を凸部スリット２８内に流入することができ、また流入量を増加させることができる。

なお、図１２、図１４に示す保護素子１では、下側ケース４に形成した嵌合凸部２６に凸部スリット２８を設け、上側ケース５に形成した嵌合凹部２５と嵌合させたが、上側ケース５に嵌合凹部２５と連続する凹部スリット２７を形成してもよい。嵌合凸部２６と連続する凸部スリット２８とともに、嵌合凹部２５と連続する凹部スリット２７を形成することで、より多くの接着剤１９の余剰分を吸収し、接着剤１９の余剰分による下側ケース４と上側ケース５との密着の阻害を防止できる。

［変形例２］
上述した実施の形態では、上側ケース５に嵌合凹部２５及び凹部スリット２７を形成した構成、及び下側ケース４に嵌合凸部２６及び凸部スリット２８を形成した構成について説明したが、本技術が適用された保護素子は、図１６、図１７に示すように上側ケース５１に上述した嵌合凸部２６を形成し、下側ケース５２に上述した嵌合凹部２５及び凹部スリット２７を形成してもよい。なお、以下の説明において、上述した保護素子１と同一の構成については、同一の符号を付してその詳細を省略する。

図１８に、上側ケース５１と下側ケース５２とを接合して保護素子５０を形成する工程を示す。図１６は、嵌合凸部２６が設けられた上側ケース５１を示す図であり、（Ａ）は底面図、（Ｂ）は（Ａ）のＬ－Ｌ’断面図である。図１７は、嵌合凹部２５が設けられた下側ケース５２を示す図であり、（Ａ）は平面図、（Ｂ）は（Ａ）のＭ－Ｍ’断面図である。保護素子５０は、図１７に示すように、下側ケース５２に、上述した嵌合凹部２５及び凹部スリット２７が形成されている。

下側ケース５２と上側ケース５１との接合工程は、上述した保護素子１と同様である。すなわち、図１９（Ａ）（Ｂ）に示すように、下側ケース５２の上側ケース５１との突き合わせ面に沿って接着剤１９を供給する。このとき、接着剤１９は、下側ケース５２の各コーナー部に形成されている嵌合凹部２５及び凹部スリット２７上に接着剤１９を供給する。そして、図１８に示すように、上側ケース５１に形成された嵌合凸部２６が嵌合凹部２５内に挿入され、下側ケース５２と上側ケース５１とが付き合わされると、嵌合凹部２５内に充填された接着剤１９の余剰分が凹部スリット２７に流出し、嵌合凹部２５内に滞留させることを防ぐ。これにより、嵌合凹部２５内に滞留する接着剤１９の余剰分によって上側ケース５１及び下側ケース５２の密着が阻害されることを防止することができる。また、凹部スリット２７を設けることにより接着剤１９との接着面積が増加され、接着強度の向上を図ることができる。

［変形例３］
また、保護素子５０においても、下側ケース５２に形成された嵌合凹部２５と連続する凹部スリット２７に替えて、又は嵌合凹部２５と連続する凹部スリット２７とともに、上側ケース５１に形成された嵌合凸部２６に、上述した凸部スリット２８を形成してもよい。これら凹部スリット２７及び凸部スリット２８の構成については保護素子１において詳述しているため、詳細は省略する。なお、保護素子５０においても、保護素子１と同様に、凹部スリット２７及び凸部スリット２８の形態を種々変更してもよいことはもちろんである。

［可溶導体］
次いで、可溶導体３について説明する。可溶導体３は、第１及び第２の外部接続端子７，８間にわたって実装され、発熱体１０の通電による発熱、又は定格を超える電流が通電することによって自己発熱（ジュール熱）により溶断し、第１の外部接続端子７と第２の外部接続端子８との間の電流経路を遮断するものである。

可溶導体３は、発熱体１０の通電による発熱、又は過電流状態によって溶融する導電性の材料であればよく、例えば、ＳｎＡｇＣｕ系のＰｂフリーハンダのほか、ＢｉＰｂＳｎ合金、ＢｉＰｂ合金、ＢｉＳｎ合金、ＳｎＰｂ合金、ＰｂＩｎ合金、ＺｎＡｌ合金、ＩｎＳｎ合金、ＰｂＡｇＳｎ合金等を用いることができる。

また、可溶導体３は、高融点金属と、低融点金属とを含有する構造体であってもよい。例えば、図２０に示すように、可溶導体３は、内層と外層とからなる積層構造体であり、内層として低融点金属層３１、低融点金属層３１に積層された外層として高融点金属層３２を有する。可溶導体３は、第１、第２の外部接続端子７，８及び表面電極１１上にソルダーペースト等の接合材料２０を介して接続される。

低融点金属層３１は、好ましくは、ハンダ又はＳｎを主成分とする金属であり、「Ｐｂフリーハンダ」と一般的に呼ばれる材料である。低融点金属層３１の融点は、必ずしもリフロー炉の温度よりも高い必要はなく、２００℃程度で溶融してもよい。高融点金属層３２は、低融点金属層３１の表面に積層された金属層であり、例えば、Ａｇ若しくはＣｕ又はこれらのうちのいずれかを主成分とする金属であり、第１、第２の外部接続端子７，８及び表面電極１１と可溶導体３との接続をリフローによって行う場合においても溶融しない高い融点を有する。

このような可溶導体３は、低融点金属箔に、高融点金属層をメッキ技術を用いて成膜することによって形成することができ、あるいは、他の周知の積層技術、膜形成技術を用いて形成することもできる。このとき、可溶導体３は、低融点金属層３１の全面が高融点金属層３２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。なお、可溶導体３は、高融点金属層３２を内層とし、低融点金属層３１を外層として構成してもよく、また低融点金属層と高融点金属層とが交互に積層された３層以上の多層構造とする、外層の一部に開口部を設けて内層の一部を露出させるなど、様々な構成によって形成することができる。

可溶導体３は、内層となる低融点金属層３１に、外層として高融点金属層３２を積層することによって、リフロー温度が低融点金属層３１の溶融温度を超えた場合であっても、可溶導体３として形状を維持することができ、溶断するに至らない。したがって、保護素子１は、第１、第２の外部接続端子７，８及び表面電極１１と可溶導体３との接続をリフローによって効率よく行うことができる。また、保護素子１は、リフローによっても可溶導体３の変形に伴って局所的に抵抗値が高く又は低くなる等により所定の温度で溶断しない、あるいは所定の温度未満で溶断する等の溶断特性の変動を防止することができる。

また、可溶導体３は、所定の定格電流が流れている間は、自己発熱によっても溶断することがない。そして、定格よりも高い値の電流が流れると、自己発熱によって溶融し、第１、第２の外部接続端子７，８間の電流経路を遮断する。また、可溶導体３は、発熱体１０が通電され発熱することにより溶融し、第１、第２の外部接続端子７，８間の電流経路を遮断する。

このとき、可溶導体３は、溶融した低融点金属層３１が高融点金属層３２を浸食（ハンダ食われ）することにより、高融点金属層３２が溶融温度よりも低い温度で溶解する。したがって、可溶導体３は、低融点金属層３１による高融点金属層３２の浸食作用を利用して短時間で溶断することができる。また、可溶導体３の溶融導体３ａは、表面電極１１及び第１、第２の外部接続端子７，８の物理的な引き込み作用により分断されることから、速やかに、かつ確実に、第１、第２の外部接続端子７，８間の電流経路を遮断することができる（図４）。

また、可溶導体３は、低融点金属層３１の体積を、高融点金属層３２の体積よりも多く形成することが好ましい。可溶導体３は、過電流による自己発熱又は発熱体１０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、可溶導体３は、低融点金属層３１の体積を高融点金属層３２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の外部接続端子７，８間を遮断することができる。

また、可溶導体３は、内層となる低融点金属層３１に高融点金属層３２が積層されて構成されているため、溶断温度を従来の高融点金属からなるチップヒューズ等よりも大幅に低減することができる。したがって、可溶導体３は、同一サイズのチップヒューズ等に比して、断面積を大きくでき電流定格を大幅に向上させることができる。また、同じ電流定格をもつ従来のチップヒューズよりも小型化、薄型化を図ることができ、速溶断性に優れる。

また、可溶導体３は、保護素子１が組み込まれた電気系統に異常に高い電圧が瞬間的に印加されるサージへの耐性（耐パルス性）を向上することができる。すなわち、可溶導体３は、例えば１００Ａの電流が数ｍｓｅｃ流れたような場合にまで溶断してはならない。この点、極短時間に流れる大電流は導体の表層を流れることから（表皮効果）、可溶導体３は、外層として抵抗値の低いＡｇメッキ等の高融点金属層３２が設けられているため、サージによって印加された電流を流しやすく、自己発熱による溶断を防止することができる。したがって、可溶導体３は、従来のハンダ合金からなるヒューズに比して、大幅にサージに対する耐性を向上させることができる。

なお、可溶導体３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（図示せず）を塗布してもよい。

［回路構成例］
このような保護素子１は、図２１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３３内の回路に組み込まれて用いられる。バッテリパック３３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３４ａ～３４ｄからなるバッテリスタック３５を有する。

バッテリパック３３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３６と、バッテリスタック３５の異常時に充放電経路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３４ａ～３４ｄの電圧を検出する検出回路３７と、検出回路３７の検出結果に応じて保護素子１の動作を制御するスイッチ素子となる電流制御素子３８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３４ａ～３４ｄが直列接続されたものであり、バッテリパック３３の正極端子３３ａ、負極端子３３ｂを介して、着脱可能に充電装置２９に接続され、充電装置２９からの充電電圧が印加される。充電装置２９により充電されたバッテリパック３３は、正極端子３３ａ、負極端子３３ｂ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３６は、バッテリスタック３５と充電装置２９との間の電流経路に直列接続された２つの電流制御素子３９ａ，３９ｂと、これらの電流制御素子３９ａ，３９ｂの動作を制御する制御部４０とを備える。電流制御素子３９ａ，３９ｂ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４０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の電流経路の充電方向及び／又は放電方向への導通と遮断とを制御する。制御部４０は、充電装置２９から電力供給を受けて動作し、検出回路３７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３９ａ，３９ｂの動作を制御する。

保護素子１は、例えば、バッテリスタック３５と充放電制御回路３６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３８によって制御される。

検出回路３７は、各バッテリセル３４ａ～３４ｄと接続され、各バッテリセル３４ａ～３４ｄの電圧値を検出して、各電圧値を充放電制御回路３６の制御部４０に供給する。また、検出回路３７は、バッテリセル３４ａ～３４ｄのいずれか１つ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３８を制御する制御信号を出力する。

電流制御素子３８は、たとえばＦＥＴにより構成され、検出回路３７から出力される検出信号によって、バッテリセル３４ａ～３４ｄ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３９ａ，３９ｂ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３３に用いられる、本発明が適用された保護素子１は、図２２に示すような回路構成を有する。すなわち、保護素子１は、第１の外部接続端子７がバッテリスタック３５側と接続され、第２の外部接続端子８が正極端子３３ａ側と接続され、これにより可溶導体３がバッテリスタック３５の充放電経路上に直列に接続される。また、保護素子１は、発熱体１０が発熱体給電電極１６及び第３の外部接続端子１７を介して電流制御素子３８と接続されるとともに、発熱体１０がバッテリスタック３５の開放端と接続される。これにより、発熱体１０は、一端を表面電極１１を介して可溶導体３及びバッテリスタック３５の一方の開放端と接続され、他端を第３の外部接続端子１７を介して電流制御素子３８及びバッテリスタック３５の他方の開放端と接続される。これにより、電流制御素子３８によって通電が制御される発熱体１０への給電経路が形成される。

［保護素子の動作］
検出回路３７がバッテリセル３４ａ～３４ｄのいずれかの異常電圧を検出すると、電流制御素子３８へ遮断信号を出力する。すると、電流制御素子３８は、発熱体１０に通電するよう電流を制御する。保護素子１は、バッテリスタック３５から、発熱体１０に電流が流れ、これにより発熱体１０が発熱を開始する。保護素子１は、発熱体１０の発熱により可溶導体３が溶断し、バッテリスタック３５の充放電経路を遮断する。また、保護素子１は、可溶導体３を高融点金属と低融点金属とを含有させて形成することにより、高融点金属の溶断前に低融点金属が溶融し、溶融した低融点金属による高融点金属の溶食作用を利用して短時間で可溶導体３を溶解させることができる。

保護素子１は、可溶導体３が溶断することにより、発熱体１０への給電経路も遮断されるため、発熱体１０の発熱が停止される。

なお、保護素子１は、バッテリパック３３に定格を超える過電流が通電された場合にも、可溶導体３が自己発熱により溶融し、バッテリパック３３の充放電経路を遮断することができる。

ここで、保護素子１は、筐体６の下側ケース４と上側ケース５とが密着され、所望の接着強度を備えている。したがって、保護素子１は、可溶導体３の溶断時に上側ケース５が外れることを防止することができる。また、保護素子１は、筐体６の下側ケース４と上側ケース５とが密着されているため、所定の筐体の高さ条件を満たすことができる。

このように、保護素子１は、発熱体１０の通電による発熱、あるいは過電流による可溶導体３の自己発熱によって可溶導体３が溶断する。このとき、保護素子１は、可溶導体３が第１、第２の外部接続端子７，８や表面電極１１へリフロー実装される等の高温環境下に曝された場合にも、低融点金属が高融点金属によって被覆された構造を有することから、可溶導体３の変形が抑制されている。したがって、可溶導体３の変形による抵抗値の変動等に起因する溶断特性の変動が防止され、所定の過電流や発熱体１０の発熱によって速やかに溶断することができる。

本発明に係る保護素子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。

［変形例４］
次いで、本技術が適用された保護素子の他の変形例について説明する。なお、以下の説明において、上述した保護素子１，５０と同一の構成については同一の符号を付してその詳細を省略することがある。変形例に係る保護素子６０は、図２３に示すように、可溶導体３を複数の溶断部材１８に挟持させてもよい。図２３に示す保護素子６０は、溶断部材１８が、可溶導体３の一方の面及び他方の面にそれぞれ配設されている。図２４は、保護素子５０の回路図である。可溶導体３の表面及び裏面に配設された各溶断部材１８は、それぞれ発熱体１０の一端が、各絶縁基板２に形成された発熱体電極１５及び表面電極１１を介して可溶導体３と接続され、発熱体１０の他端が各絶縁基板２に形成された発熱体給電電極１６及び第３の外部接続端子１７を介して発熱体１０を発熱させるための電源に接続される。

また、図２５に示すように、保護素子６０は、発熱体１０の発熱により可溶導体３を溶断する際には、可溶導体３の両面に接続された各溶断部材１８，１８の発熱体１０が発熱し、可溶導体３の両面から加熱する。したがって、保護素子６０は、大電流用途に対応するために可溶導体３の断面積を増大させた場合にも、速やかに可溶導体３を加熱し、溶断することができる。

保護素子６０においても上述した保護素子１，５０と同様の筐体６を有し、下側ケース４又は上側ケース５に、嵌合凹部２５及び凹部スリット２７、又は嵌合凸部２６及び凸部スリット２８が形成されている。

また、保護素子６０は、可溶導体３の両面から溶融導体３ａを、各溶断部材１８の絶縁基板２に形成した各吸引孔１２内に吸引する。したがって、保護素子６０は、大電流用途に対応するために可溶導体３の断面積を増大させ溶融導体３ａが多量に発生した場合にも、複数の溶断部材１８によって吸引し、確実に可溶導体３を溶断させることができる。また、保護素子６０は、複数の溶断部材１８によって溶融導体３ａを吸引することにより、より速やかに可溶導体３を溶断させることができる。

保護素子６０は、可溶導体３として、内層を構成する低融点金属を高融点金属で被覆する被覆構造を用いた場合にも、可溶導体３を速やかに溶断させることができる。すなわち、高融点金属で被覆された可溶導体３は、発熱体１０が発熱した場合にも、外層の高融点金属が溶融する温度まで加熱するのに時間を要する。ここで、保護素子６０は、複数の溶断部材１８を備え、同時に各発熱体１０を発熱させることで、外層の高融点金属を速やかに溶融温度まで加熱することができる。したがって、保護素子６０によれば、外層を構成する高融点金属層の厚みを厚くすることができ、さらなる高定格化を図りつつ、速溶断特性を維持することができる。

また、保護素子６０は、図２３に示すように、一対の溶断部材１８，１８が対向して可溶導体３に接続されることが好ましい。これにより、保護素子６０は、一対の溶断部材１８，１８で、可溶導体３の同一箇所を両面側から同時に加熱するとともに溶融導体３ａを吸引することができ、より速やかに可溶導体３を加熱、溶断することができる。

また、保護素子６０は、一対の溶断部材１８，１８の各絶縁基板２に形成された表面電極１１が可溶導体３を介して互いに対向することが好ましい。これにより、一対の溶断部材１８，１８が対称に接続されることで、リフロー実装時等において、可溶導体３に対する負荷のかかり方がアンバランスとなることもなく、変形への耐性を向上させることができる。

なお、発熱体１０は、絶縁基板２の表面２ａ、裏面２ｂに形成するいずれの場合においても、吸引孔１２の両側に形成することが、表面電極１１及び裏面電極１４を加熱し、またより多くの溶融導体３ａを凝集、吸引するうえで好ましい。

１ 保護素子、２ 絶縁基板、２ａ 表面、２ｂ 裏面、２ｃ 第１の側縁部、２ｄ 第２の側縁部、３ 可溶導体、３ａ 溶融導体、４ 下側ケース、５ 上側ケース、６ 筐体、７ 第１の外部接続端子、８ 第２の外部接続端子、９ 絶縁層、１０ 発熱体、１１ 表面電極、１２ 吸引孔、１３ 導電層、１４ 裏面電極、１５ 発熱体電極、１６ 発熱体給電電極、１７ 第３の外部接続端子、１８ 溶断部材、２０ 接合材料、２５ 嵌合凹部、２６ 嵌合凸部、２７ 凸部スリット２８ スリット、２９ 充電装置、３１ 低融点金属層、３２ 高融点金属層、３３ バッテリパック、３３ａ 正極端子、３３ｂ 負極端子、３４ バッテリセル、３５ バッテリスタック、３６ 充放電制御回路、３７ 検出回路、３８ 電流制御素子、３９ 電流制御素子、４０ 制御部、５０ 保護素子、６０ 保護素子、１００ 保護素子

Claims (18)

1. 可溶導体と、
   下側ケースと上側ケースを有し、上記上側ケース及び上記下側ケースが接着剤によって接合されることにより形成される筐体を備え、
   上記上側ケース及び上記下側ケースは、いずれか一方に嵌合凹部が形成され、いずれか他方に上記嵌合凹部に嵌合する嵌合凸部が形成され、
   上記嵌合凹部と連続するとともに上記上側ケース及び上記下側ケースの突き合わせ面に延在し、上記接着剤を流動させるスリットが形成されている保護素子。
2. 上記スリットは、上記嵌合凹部から離間するにしたがい、上記嵌合凹部の底面側から上記嵌合凹部の上面側にかけて漸次浅くなるテーパ状に形成されている請求項１に記載の保護素子。
3. 上記スリットは、上記嵌合凹部から離間するにしたがい、漸次拡幅する請求項１又は２に記載の保護素子。
4. １つの上記嵌合凹部から複数の上記スリットが延在されている請求項１～３のいずれか１項に記載の保護素子。
5. 上記嵌合凹部は、上記上側ケース又は上記下側ケースのコーナー部に形成され、
   上記スリットが、１つの上記嵌合凹部から上記筐体の隣接する２つの側壁に沿って各々形成されている請求項４に記載の保護素子。
6. 上記嵌合凹部は、上記上側ケース又は上記下側ケースの全コーナー部に形成されている請求項１～５のいずれか１項に記載の保護素子。
7. 平面視において、上記スリットの幅は、上記嵌合凹部の直径以下である請求項１～６のいずれか１項に記載の保護素子。
8. 隣りあう嵌合凹部から延在するスリット同士が連続する請求項１～７のいずれか１項に記載の保護素子。
9. 可溶導体と、
   下側ケースと上側ケースを有し、上記上側ケース及び上記下側ケースが接着剤によって接合されることにより形成される筐体を備え、
   上記上側ケース及び上記下側ケースは、いずれか一方に嵌合凹部が形成され、いずれか他方に上記嵌合凹部に嵌合する嵌合凸部が形成され、
   上記嵌合凸部は、外周面に上記接着剤を流動させるスリットが形成されている保護素子。
10. 上記スリットは、一つの上記嵌合凸部に複数形成されている請求項９に記載の保護素子。
11. 上記スリットは、上記嵌合凸部の周面の上記筐体の側壁に沿う方向に形成されている請求項９又は１０に記載の保護素子。
12. 上記嵌合凸部は、上記上側ケース又は上記下側ケースのコーナー部に形成され、
    上記スリットが、上記筐体の隣接する２つの側壁に沿う方向に各々形成されている請求項１１に記載の保護素子。
13. 上記スリットは、平面視において、上記嵌合凸部の周面から中心方向にわたって漸次幅が小さくなるテーパ状に形成されている請求項９～１２のいずれか１項に記載の保護素子。
14. 上記スリットは、断面視において、上記嵌合凸部の頂部から基部にかけて漸次拡幅するテーパ状に形成されている９～１３のいずれか１項に記載の保護素子。
15. 可溶導体と、
    下側ケースと上側ケースを有し、上記上側ケース及び上記下側ケースが接着剤によって接合されることにより形成される筐体を備え、
    上記上側ケース及び上記下側ケースは、いずれか一方に嵌合凹部が形成され、いずれか他方に上記嵌合凹部に嵌合する嵌合凸部が形成され、
    上記嵌合凹部と連続するとともに上記上側ケース及び上記下側ケースの突き合わせ面に延在し、上記接着剤を流動させるスリットが形成され、
    上記嵌合凸部は、外周面に上記接着剤を流動させるスリットが形成されている保護素子。
16. １つ以上のバッテリセルと、
    上記バッテリセルの充放電経路上に接続され、該充放電経路を遮断する保護素子を備え、
    上記保護素子は、
    可溶導体と、
    下側ケースと上側ケースを有し、上記上側ケース及び上記下側ケースが接着剤によって接合されることにより形成される筐体を備え、
    上記上側ケース及び上記下側ケースは、いずれか一方に嵌合凹部が形成され、いずれか他方に上記嵌合凹部に嵌合する嵌合凸部が形成され、
    上記嵌合凹部と連続するとともに上記上側ケース及び上記下側ケースの突き合わせ面に延在し、上記接着剤を流動させるスリットが形成されているバッテリパック。
17. １つ以上のバッテリセルと、
    上記バッテリセルの充放電経路上に接続され、該充放電経路を遮断する保護素子を備え、
    上記保護素子は、
    可溶導体と、
    下側ケースと上側ケースを有し、上記上側ケース及び上記下側ケースが接着剤によって接合されることにより形成される筐体を備え、
    上記上側ケース及び上記下側ケースは、いずれか一方に嵌合凹部が形成され、いずれか他方に上記嵌合凹部に嵌合する嵌合凸部が形成され、
    上記嵌合凸部は、突出方向に沿って上記接着剤を流動させるスリットが形成されているバッテリパック。
18. １つ以上のバッテリセルと、
    上記バッテリセルの充放電経路上に接続され、該充放電経路を遮断する保護素子を備え、
    上記保護素子は、
    可溶導体と、
    下側ケースと上側ケースを有し、上記上側ケース及び上記下側ケースが接着剤によって接合されることにより形成される筐体を備え、
    上記上側ケース及び上記下側ケースは、いずれか一方に嵌合凹部が形成され、いずれか他方に上記嵌合凹部に嵌合する嵌合凸部が形成され、
    上記嵌合凹部と連続するとともに上記上側ケース及び上記下側ケースの突き合わせ面に延在し、上記接着剤を流動させるスリットが形成され、
    上記嵌合凸部は、突出方向に沿って上記接着剤を流動させるスリットが形成されているバッテリパック。

Images