温度短路元件、温度切换元件的制作方法

文档序号:9812243阅读:424来源:国知局
温度短路元件、温度切换元件的制作方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及根据温度气氛使可熔导体熔化并使开放状态的端子间物理且电性短路的温度短路元件,以及使开放状态的端子间物理且电性短路并且将连接状态的端子间物理且电性截断的温度切换元件。
【背景技术】
[0002]经充电能够反复利用的大部分二次电池,被加工成电池组而提供给用户。特别是在重量能量密度高的锂离子二次电池中,为了确保用户及电子设备的安全,一般在电池组内置过充电保护、过放电保护等的很多保护电路,具有在既定的情况下截断电池组的输出的功能。
[0003]这种保护元件中,有利用内置于电池组的FET开关来进行输出的导通/截止(0N/OFF ),从而进行电池组的过充电保护或过放电保护动作的元件。然而,因某些原因而FET开关被短路破坏的情况下、被施加雷涌等而流过瞬间性大电流的情况下、或者因电池单元的寿命而输出电压异常降低或者反而输出过大的异常电压或者电池单元各自电压偏差变大的情况下,电池组、电子设备都必须进行保护,以免发生起火等的事故。因此,为了在这样能够假设的任何异常状态中也安全地截断电池单元的输出,使用由具有通过来自外部的信号截断电流路径的功能的恪丝元件构成的保护元件。
[0004]作为面向锂离子二次电池等的保护电路的保护元件,如在专利文献I记载的那样,电流路径上的遍及第I电极、发热体引出电极、第2电极间而连接可熔导体,从而形成电流路径的一部分,使该电流路径上的可熔导体利用过电流进行自发热而熔断,或者通过对设在保护元件内部的发热体通电、使之发热来熔断。在这样的保护元件中,通过使熔化的液体状的可熔导体集中于连在发热体的导体层上,使第1、第2电极间分离并截断电流路径。
[0005]现有技术文献专利文献
专利文献1:日本特开2010 — 003665号公报专利文献2:日本特开2004 —185960号公报专利文献3:日本特开2012 — 003878号公报。

【发明内容】

[0006]发明要解决的课题
此外,近年来,使用电池和马达的HEV(混合动力车:Hybrid Electric Vehicle)、EV(电动汽车= Electric Vehicle)得到迅速普及。作为HEV、EV的动力源,出于能量密度和输出特性多使用锂离子二次电池。例如汽车用途中,需要高电压、大电流。因此,开发出能够承受高电压、大电流的专用单元,但是因为制造成本上的问题而多数情况下,通过串联、并联连接多个电池单元,从而使用通用单元来确保所需要的电压电流。
[0007]在此,高速移动中的汽车等中,驱动力急剧下降、急停止反而有危险的情况,寻求假设非常时的电池管理。例如,在行驶中发生电池系统的异常时,能够供给用于移动至修理工厂或安全场所为止的驱动力、或者危险警告灯、空调用的驱动力,对回避危险来说是理想的。
[0008]然而,在如专利文献I那样的多个电池单元串联连接的电池组中,如仅在充放电路径上设置保护元件的情况下,若在电池单元的一部分发生异常从而使保护元件工作,则会截断电池组整体的充放电路径,再也不能供给电力。
[0009]因此,为了仅排除由多个单元构成的电池组内的异常的电池单元,并有效活用正常的电池单元,提出了能够形成仅对异常的电池单元进行旁路的旁路路径的短路元件。
[0010]图40中示出短路元件的一个结构例,图41中示出适用短路元件的电池电路的电路图。该短路元件100如图40及图41所示,具有:在充放电路径上与电池单元101并联连接,并且在正常时处于开放的第1、第2短路电极102、103;通过熔化而使第1、第2短路电极102、103间短路的两个可熔导体104a、104b;以及与可熔导体104a串联连接并使可熔导体104a、104b熔化的发热体105。
[0011]短路元件100在陶瓷基板等的绝缘基板110上形成有发热体105及与发热体105的一端连接的外部连接电极111。另外,短路元件100隔着玻璃等的绝缘层112在发热体105上形成有与发热体105的另一端连接的发热体电极113、第1、第2短路电极102、103以及与第1、第2短路电极102、103—起支撑可熔导体104a、104b的第1、第2支撑电极114、115。
[0012]第I支撑电极114与露出在绝缘层112上的发热体电极113连接,另外,与第I短路电极102邻接。第I支撑电极114与第I短路电极102—起支撑一个可熔导体104a的两侧。同样地,第2支撑电极115与第2短路电极103邻接,与第2短路电极103—起支撑另一个可熔导体104b的两侧。
[0013]短路元件100中,构成从外部连接电极111经由发热体105、发热体电极113、可熔导体104a而到达第I短路电极102的、对发热体105的供电路径。
[0014]发热体105因电流经由该供电路径流过而自发热,可熔导体104a、104b利用该热(焦耳热)熔化。如图41所示,发热体105经由外部连接电极111与FET等的电流控制元件106连接。电流控制元件106这样进行控制,即,当电池单元101正常时限制对发热体105的供电,在异常时使电流经由充放电路径流入发热体105。
[0015]使用短路元件100的电池电路,若检测到电池单元101中异常电压等,则通过保护元件107从充放电路径上截断该电池单元101,并且使电流控制元件106工作,使电流流入发热体105。由此,因发热体105的热而可熔导体104a、104b熔化。可熔导体104a、104b偏倚到相对大面积的第1、第2短路电极102、103侧后熔化,熔化导体遍及两个短路电极102、103间而凝聚、结合。因此,短路电极102、103通过可熔导体104a、104b的熔化导体短路,由此,能够形成对电池单元1I进行旁路的电流路径。
[0016]另外,短路元件100中,因可熔导体104a向第I短路电极102侧移动并且熔化而第I支撑电极114与第I短路电极102间开放,由此截断对发热体105的供电路径,因此停止发热体105的发热。
[0017]为了使这样的短路元件工作,需要在元件内部设置可熔导体及成为使可熔导体熔化的热源的发热体,并且将短路元件连接到对发热体的通电路径上。另外,需要在通电路径上设置控制对发热体的通电的控制元件,当电池单元处于异常电压时等、满足既定工作条件时对发热体通电。
[0018]在此,如果能够利用来自元件外部的热源的热来熔化可熔导体,则无需在短路元件内设置发热体,能够谋求小型化、制造工序的简化,另外也需要进行对发热体的通电控制的电流控制元件,能够适用的应用广泛。而且,还能够避免因控制对发热体的通电的电流控制元件的故障而发热体发热这一情况。
[0019]因此,本发明目的在于提供不具备发热体而使之能够在可熔导体的熔点以上的温度气氛中工作的温度短路元件及温度切换元件。
[0020]用于解决课题的方案
为了解决上述课题,本发明所涉及的温度短路元件具备:第I电极;第2电极,与上述第I电极邻接地设置;以及第I可熔导体,通过熔化而遍及上述第1、第2电极间凝聚并使上述第
1、第2电极短路,上述第I可熔导体在上述第I可熔导体的熔点以上的温度气氛中熔化。
[0021]另外,本发明所涉及的温度切换元件具备:第I电极;第2电极,与上述第I电极邻接地设置;第I可熔导体,通过熔化而遍及上述第1、第2电极间凝聚并使上述第1、第2电极短路;第3电极及第4电极;以及第3可熔导体,横跨上述第3、第4电极而连接,并通过熔化而截断上述第3、第4电极间,上述第1、第3可熔导体在上述第1、第3可熔导体的熔点以上的温度气氛中熔化。
[0022]发明效果
依据本发明,可熔导体因熔点以上的温度气氛而熔化,熔化导体通过凝聚于第I电极的周围而还与邻接第I电极而配置的第2电极接触,能够使第1、第2电极间短路。另外,依据本发明,可熔导体因熔点以上的温度气氛而熔化,能够使第3、第4电极间截断。
【附图说明】
[0023]图1是示出适用本发明的温度短路元件的结构的图,(A)是平面图,(B)是A—A’截面图。
[0024]图2是示出第I可熔导体熔化后的温度短路元件的图,(A)是平面图,(B)是A—A’截面图。
[0025]图3是示出适用本发明的温度短路元件的结构的图,(A)是平面图,(B)是A—A’截面图,(C)是具备传热部件的温度短路元件的外观立体图。
[0026]图4是示出温度短路元件的电路结构例的图。
[0027]图5是示出温度短路元件的开关表示导通状态的电路结构例的图。
[0028]图6是示出具备第2可熔导体的温度短路元件的结构的图,(A)是平面图,(B)是A—A’截面图。
[0029]图7是示出第I可熔导体及第2可熔导体熔化后的温度短路元件的图,(A)是平面图,(B)是A—A’截面图。
[0030]图8是示出表面安装型的温度短路元件的结构的图,(A)是平面图,(B)是A—A’截面图。
[0031]图9是示出第I可熔导体熔化后的表面安装型的温度短路元件的结构的图,(A)是平面图,(B)是A—A’截面图。
[0032]图10是示出具备第I支撑电极的温度短路元件的结构的图,(A)是平面图,(B)是A—A’截面图。
[0033]图11是示出具备第I支撑电极的温度短路元件的第I可熔导体熔化后的状态的图,
(A)是平面图,(B)是A—A’截面图。
[0034]图12是示出具备第1、第2可熔导体的温度短路元件的结构的图,(A)是平面图,(B)是A—A’截面图。
[0035]图13是示出第1、第2可熔导体熔化后的温度短路元件的结构的图,(A)是平面图,
(B)是A—A’截面图。
[0036]图14是示出具备第1、第2可熔导体及支撑第1、第2可熔导体的第2支撑电极的结构的截面图,(A)示出熔断前,(B)示出熔断后。
[0037]图15是示出利用第2绝缘层支撑第I可熔导体的温度短路元件的结构的截面图,(A)示出第I可熔导体的熔化前,(B)示出第I可熔导体的熔化后。
[0038]图16是示出利用第1、第2绝缘层支撑第I可熔导体的温度短路元件的结构的图,(A)是平面图,(B)是A—A’截面图,(C)是B—B’截面图。
[0039]图17是除去盖部件及第I可熔导体而示出图16所示的温度短路元件的平面图。
[0040]图18是示出图16所示的温度短路元件中第I可熔导体熔化后的状态的图,(A)是平面图,(B)是A—A’截面图,(C)是B—B’截面图。
[0041 ]图19是不出具备盖部电极的温度短路兀件的图,(A)是平面图,(B)是A — A’截面图,(C)是B—B’截面图。
[0042]图20是示出图19所示的温度短路元件中第I可熔导体熔化后的状态的图,(A)是平面图,(B)是A—A’截面图,(C)是B—B’截面图。
[0043]图21是示出适用本发明的温度切换元件的结构的图,(A)是平面图,(B)是A—A’截面图。
[0044]图22是示出第1、第3可熔导体熔化后的温度切换元件的图,(A)是平面图,(B)是A—A’截面图。
[0045]图23是示出温度切换元件的电路结构例的图,(A)示出第1、第2可熔导体的熔化前,(B)示出第1、第2可熔导体的熔化后。
[0046]图24是示出与外部电路连接的温度切换元件的电路结构例的图。
[0047]图25是示出表面安装型的温度切换元件的结构的图,(A)是平面图,(B)是A—A’截面图。
[0048]图26是示出第1、第3可熔导体熔化后的表面安装型的温度切换元件的结构的图,(A)是平面图,(B)是A—A’截面图。
[0049]图27是示出利用第1、第2绝缘层来支撑第I可熔导体的温度切换元件的结构的图,
(A)是平面图,(B)是A—A’截面图,(C)是B—B’截面图。
[0050]图28是示出具备第I?第3可熔导体的温度切换元件的结构的图,(A)是平面图,
(B)是A—A’截面图。
[0051]图29是示出图28所示的温度切换元件中第1、第3可熔导体熔化后的状态的图,(A)是平面图,(B)是A—A’截面图。
[0052]图30是示出改变第1、第2电极的热传导路径与第3电极的热传导路径的热传导率的温度切换元件的平面图。
[0053]图31是不出具备盖部电极的温度切换兀件的图,(A)是平面图,(B)是A— A截面图,(C)是B—B’截面图。
[0054]图32是示出图31所示的温度短路元件中第1、第3可熔导体熔化后的状态的图,(A)是平面图,(B)是A—A’截面图,(C)是B—B’截面图。
[0055]图33是示出低熔点金属层覆盖于高熔点金属层的可熔导体的结构例的图,(A)是示出长尺状、(B)是示出线状的可熔导体的立体图。
[0056]图34是示出层叠低熔点金属层和高熔点金属层的可熔导体的结构例的图,(A)是示出2层结构、(B)是示出3层结构的可熔导体的立体图。
[0057]图35是示出层叠结构的可熔导体的制造工序的立体图。
[0058]图36是示出以低熔点金属层和高熔点金属层重复而4层以上的多层结构制造的可熔导体的截面图。
[0059]图37是示出设有条纹状的开口部的可熔导体的图,(A)是示出开口部沿长度方向设置的可熔导体的平面图,(B)是示出开口部沿宽度方向设置的可熔导体的平面图。
[0060 ]图38是示出设有圆形的开口部的可熔导体的平面图。
[0061]图39是示出在内层的高熔点金属层设有填充低熔点金属的圆形的开口部的可熔导体的平面图。
[0062]图40是示出参考例所涉及的短路元件的平面图。
[0063]图41是装入参考例所涉及的短路元件的电池组的电路图。
【具体实施方式】
[0064]以下,参照附图,对适用本发明的温度短路元件及温度切换元件进行详细说明。此夕卜,本发明不只限定于以下的实施方式,在不脱离本发明的要点的范围内显然能够进行各种变更。另外,附图是示意性的,各尺寸的比例等有不同于现实的情况。具体尺寸等应该参考以下的说明进行判断。另外,应当理解到附图相互之间也包含彼此尺寸的关系或比例不同的部分。
[0065][温度短路元件I]
适用本发明的
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