保護元件和電池組件的製作方法

2023-05-07 01:56:22

本發明涉及一種通過阻斷電流路徑來保護連接於該電流路徑的電路的保護元件、和使用該保護元件的電池組件。

背景技術：

因為能夠充電，所以能夠反覆使用的二次電池大多是以加工成電池組件的狀態提供給用戶的。尤其是，在使用重量能量密度高的鋰離子二次電池的情況下，為了確保用戶和電子設備的安全，一般來說，鑑於過充電保護和過放電保護等，將多個保護電路內藏於電池組件。因此，電池組件具有在所定的情況下阻斷輸出的功能。

使用鋰離子二次電池的許多電子設備通過使用內藏於電池組件的FET開關進行輸出的ON/OF，進行有關該電池組件的過充電保護或過放電保護動作。然而，即使在由於某種原因FET開關短路損壞的情況下，或者在由於施加雷電突波等而流入瞬間大電流的情況下，或者在起因於電池單元的壽命而輸出電壓異常低下、反之輸出過大的異常電壓的情況下，也必須從起火等事故中保護電池組件和電子設備。為此，即使在這樣可以設想的任何異常狀態下，為了安全地阻斷電池單元的輸出，使用有由具有根據來自外部的信號來阻斷電流路徑的功能的熔絲元件構成的保護元件。

作為搭載於這樣的鋰離子二次電池等用的保護電路中的保護元件，如專利文獻1所記載，具備發熱體的保護元件被使用。在該保護元件中，利用發熱體的發熱、導入電流路徑的可熔導體熔斷。

現有技術文獻

專利文獻

專利文獻1：日本特開2010-3665號公報

技術實現要素：

可是，為了在如行動電話和筆記本電腦這樣的電流容量比較低的用途上使用保護元件，可熔導體(熔絲)最大也僅具有15A左右的電流容量。鋰離子二次電池的用途由於近年來正在擴大，所以在更大電流的用途上考慮採用鋰離子二次電池，在一部分用途上已經開始採用鋰離子二次電池。該大電流的用途例如是電動螺絲刀等電動工具、混合動力汽車、電動汽車、電動輔助自行車等運輸設備。在這些大電流的用途中，尤其是在啟動時等，有流入如超過數的大電流的情況。期望有一種對應於這樣的大電流容量的保護元件。

因此，即使在為了對應大電流使用大型可熔導體的情況下，也期望提供一種能夠確保熔斷後的絕緣電阻、並且也能夠抑制可熔導體的變形的保護元件和電池組件。

本發明的一種實施方式的保護元件具備：第1外部電極、第2外部電極、配設在該第1外部電極與第2外部電極之間的絕緣基板、配設在該絕緣基板的表面的表面電極、以及分別與第1外部電極和第2外部電極電連接且在絕緣基板的表面上僅由表面電極支撐的可熔導體。

另外，本發明的一種實施方式的電池組件具備：一個以上的電池單元、以能夠阻斷流過該一個以上的電池單元的電流的方式連接於該一個以上的電池單元的保護元件、以及分別檢測該一個以上的電池單元的電壓值且控制用於加熱保護元件的電流的電流控制元件。該保護元件具備：第1外部電極、第2外部電極、配設在該第1外部電極與第2外部電極之間的絕緣基板、配設在該絕緣基板的表面的表面電極、以及分別與第1外部電極和第2外部電極電連接且在絕緣基板的表面上僅由表面電極支撐的可熔導體。

依據本發明的一種實施方式的保護元件和電池組件，可熔導體在絕緣基板的表面上僅由表面電極支撐。在這種情況下，因為有關表面電極的尺寸和配置的設計的自由度變高，所以第1外部電極與第2外部電極之間的距離容易調整。為此，通過充分確保表面電極與第1外部電極之間的距離，因為熔融導體不容易沿著絕緣基板的表面與第1外部電極連接，所以能夠維持高的絕緣電阻。另外，通過充分確保表面電極與第2外部電極之間的距離，因為熔融導體不容易沿著絕緣基板的表面與第2外部電極連接，所以能夠維持高的絕緣電阻。

附圖說明

圖1是表示本發明的一種實施方式的保護元件的截面；

圖2是表示本發明的一種實施方式的保護元件的截面圖，表示可熔導體熔斷後的狀態；

圖3是表示在絕緣基板的表面設有發熱體的保護元件的截面圖；

圖4是表示在絕緣基板的背面設有發熱體的保護元件的截面圖；

圖5是表示在絕緣基板的內部設有發熱體的保護元件的截面圖；

圖6是表示應用有本發明的一種實施方式的保護元件的電池組件的電路構成的一例圖；

圖7是本發明的一種實施方式的保護元件的電路圖；

圖8是表示在絕緣基板上設有吸引孔的保護元件的截面圖；

圖9是表示在絕緣基板上設有吸引孔的保護元件的平面圖；

圖10是表示在絕緣基板上設有吸引孔的保護元件的截面圖，表示可熔導體熔斷後的狀態；

圖11是表示比較例的保護元件的截面圖。

具體實施方式

以下參照附圖對應用有本發明的一種實施方式的保護元件和使用該保護元件的電池組件進行詳細說明。此外，本發明不只限於以下的實施方式，在不脫離本發明的主旨的範圍內，當然可以進行各種變更。另外，因為附圖為示意圖，所以各尺寸的比率等有可能與現實的比率相異。對於具體尺寸等應該根據以下的說明來考慮、判斷。另外，在附圖之間當然有相互尺寸的關係和比率不同的情況。

[保護元件：凝集類型]

本發明的一種實施方式的保護元件1如圖1所示，具備：第1外部電極2、第2外部電極3、配設在第1外部電極2與第2外部電極3之間的絕緣基板4、配設在絕緣基板4的表面4a的表面電極5、以及電連接於第1外部電極2且電連接於第2外部電極3的可熔導體6。另外，在保護元件1中，可熔導體6在絕緣基板4的表面4a上僅由表面電極5支撐。

在保護元件1中，通過第1外部電極2和第2外部電極3與外部電路的連接端子連接，裝入該外部電路。另外，因為可熔導體6構成外部電路的電流路徑的一部分，所以由於對應於超過額定電流的過電流可熔導體6熔斷，該電流路徑被阻斷(圖2)。

第1外部電極2和第2外部電極3是用於使保護元件1連接於外部電路的連接端子。在保護元件1的內部，第1外部電極2和第2外部電極3因為各自通過焊料等連接材料7與可熔導體6連接，所以通過該可熔導體6電連接。第1外部電極2和第2外部電極3由外筐體10支撐，並且從該外筐體10的內部導出至外部。此外，第1外部電極2和第2外部電極3也可以配設在接近絕緣基板4的絕緣材料上。該絕緣材料例如含有環氧樹脂等。

在保護元件1中，第1外部電極2和第2外部電極3被外筐體10支撐。另外，通過絕緣基板4配設在外筐體10的內部的大致中央，第1外部電極2和第2外部電極3與絕緣基板4接近。

外筐體10例如包含PPS(聚苯硫醚：Polyphenylenesulfide)等耐熱性優異的工程塑料中的任一種或二種以上。另外，外筐體10在成形為所定的形狀時，也可以使用嵌入(Insert)成型等成形為與第1外部電極2和第2外部電極3一體化。

絕緣基板4例如包含氧化鋁、玻璃陶瓷、莫來石、和氧化鋯等具有絕緣性的材料中的任一種或二種以上。另外，雖然也可以使用用於玻璃環氧基板、苯酚基板等印刷配線基板的材料，但是需要注意熔絲熔斷時的溫度。

在絕緣基板4的表面4a形成有表面電極5。表面電極5通過焊料等連接材料7與可熔導體6連接，該可熔導體6通過焊料等連接材料7分別與第1外部電極2和第2外部電極3連接。表面電極5是支撐連接於第1外部電極2和第2外部電極3的可熔導體6的支撐電極。另外，表面電極5阻斷第1外部電極2與第2外部電極3之間的電流路徑。在這種情況下，因為可熔導體6利用對應於過電流的自身發熱而熔融，所以該可熔導體6的熔融物即熔融導體6a(後述的圖10)凝集。

此外，表面電極5為了維持可熔導體6熔斷後的絕緣電阻，優選地，以分別與第1外部電極2和第2外部電極3隔開充分的距離的方式配設。如圖1所示，在第1外部電極2和第2外部電極3於外筐體10的內部對向的情況下，表面電極5配設在絕緣基板4的表面4a的大致中央部。為此，表面電極5因為在分別與第1外部電極2和第2外部電極3隔開所定的距離的狀態下保持熔融導體6a，所以起因於飛散至絕緣基板4的表面4a的熔融導體6a的短路風險將降低。

另外，在保護元件1中，因為在絕緣基板4的表面4a沒有配設側電極，可熔導體6僅由表面電極5支撐，所以有關該表面電極5的尺寸和配置等的自由度變高，並且考慮可熔導體6熔斷後的短路風險的設計的自由度變高。為此，在保護元件1中，因為能夠確保表面電極5與第1外部電極2之間的距離，並且能夠確保表面電極5與第2外部電極3之間的距離，所以能夠防止熔融導體6a沿著絕緣基板4的表面4a分別與第1外部電極2和第2外部電極3連接。因此，能夠維持高的絕緣電阻。

可熔導體6在過電流狀態下熔融。該可熔導體6含有可以熔斷的導電性材料中的任一種或二種以上。該導電性材料例如為SnAgCu類無鉛焊料、BiPbSn合金、BiPb合金、BiSn合金、SnPb合金、PbIn合金、ZnAl合金、InSn合金、以及PbAgSn合金等。此外，可熔導體6也可是：高熔點金屬中的任一種或二種以上與低熔點金屬中的任一種或二種以上的積層體。高熔點金屬例如為Ag、Cu、和以它們的一種以上作為主要成分的合金等。低熔點金屬例如為焊料、和以Sn為主要成分的無鉛焊料等。

這樣的可熔導體6由在低熔點金屬箔上，使用電鍍技術成膜高熔點金屬層而形成。另外，可熔導體6也可以使用其它已知的積層技術、膜形成技術形成。此外，可熔導體6也可以以高熔點金屬層作為內層，以低熔點金屬層作為外層。另外，可熔導體6也可是低熔點金屬層與高熔點金屬層被交替積層的4層以上的多層構造。像這樣，可熔導體6可以形成為各種各樣的結構。

另外，可熔導體6因為在流過所定的額定電流的狀態下自身不發熱，所以不熔斷。對此，可熔導體6因為若流過高於額定電流值的電流則自身發熱，所以熔融。因此，第1外部電極2與第2外部電極3之間的電流路徑被阻斷。此時，在可熔導體6中，因為熔融的低熔點金屬侵蝕高熔點金屬，所以該高熔點金屬在低於熔融溫度的溫度下熔融。因此，可熔導體6利用低熔點金屬對高熔點金屬的侵蝕作用，在短時間熔斷。

另外，在可熔導體6中，通過成為外層的高熔點金屬積層在成為內層的低熔點金屬上，比起由高熔點金屬構成的晶片熔絲等熔斷溫度大幅降低。因此，在可熔導體6中，相比同一尺寸的晶片熔絲等，熔斷面積變大，且電流額定值大幅提高。另外，比起相同電流額定值的晶片熔絲，能夠謀求小型化、薄型化且速熔斷性優異。

另外，在可熔導體6中，對安裝有保護元件1的電路瞬間施加異常高的電壓的現象，即所謂對突波的耐性(耐脈衝性)得到提高。也就是說，可熔導體6例如在數msec的時間流過100A的電流的情況下，不可以熔斷。關於這一點，在極短的時間內流過的大電流流過導體的表層(表皮效果)。可熔導體6因為通過包含作為外層的電阻值低的Ag電鍍等高熔點金屬，起因於突波而被施加的電流容易流過，所以能夠防止起因於自身發熱的可熔導體6的熔斷。因此，在可熔導體6中，由於低熔點金屬被高熔點金屬被覆，所以相比由焊料合金構成的熔絲，對突波的耐性大幅提高。

此外，在可熔導體6中，為了防止氧化、和提高熔斷時的潤溼性等，塗布助焊劑(未圖示)。

在具有這樣的構成的保護元件1中，可熔導體6在絕緣基板4之上僅由表面電極5支撐。在這種情況下，作為絕緣基板4，在使用耐熱衝擊性和熱傳導性都優異的陶瓷基板時，即使在保護元件1被反覆放置於高溫環境和低溫環境的情況下，因為可熔導體6不容易產生起因於可熔導體6的熱膨脹係數與絕緣基板4的熱膨脹係數之差的變形，所以保護元件1的外形和尺寸保持穩定。為此，在保護元件1中，因為可熔導體6的電阻值穩定，所以能夠維持高電流額定值。

[保護元件的操作]

另外，如果保護元件1流過超過額定的過電流，那麼在該保護元件1中，如圖2所示，可熔導體6利用自身發熱熔融。為此，因為在接近第1外部電極2側和接近第2外部電極3側之中的任一方可熔導體6熔斷，所以外部電路的充放電路徑被阻斷。此時，在保護元件1中，因為可熔導體6在絕緣基板4之上僅由表面電極5支撐，所以有關表面電極5的尺寸和配置的設計自由度變高，並且第1外部電極2與第2外部電極3之間的距離容易調整。為此，在保護元件1中，因為能夠確保表面電極5與第1外部電極2之間的距離，並且能夠確保表面電極5與第2外部電極3之間的距離，所以熔融導體6a變得不易沿著絕緣基板4的表面4a與第1外部電極2和第2外部電極3連接。因此，能夠維持高的絕緣電阻。

[外筐體的熱膨脹係數和可熔導體的熱膨脹係數]

此外，在保護元件1中，可熔導體6的熱膨脹係數與外筐體10的熱膨脹係數優選相同或者近似。例如，在保護元件1中，在作為可熔導體6使用表面鍍Ag的焊料箔(熱膨脹係數＝22ppm/℃)，並且作為外筐體10使用含有玻璃纖維的PPS樹脂(熱膨脹係數＝20ppm/℃)的情況下，可熔導體6的熱膨脹係數與外筐體10的熱膨脹係數近似。因此，即使在保護元件1被反覆放置於高溫環境和低溫環境的情況下，表面電極5與第1外部電極2之間的變形變得不易蓄積，並且表面電極5與第2外部電極3之間的變形變得不易蓄積。另外，能夠抑制起因於可熔導體6的變形等的電阻值的變動。因此，能夠維持高電流額定值。

[發熱體]

另外，在本發明的一種實施方式的保護元件中，如圖3所示，也可以在絕緣基板4設置用於使可熔導體6熔斷的發熱體11。此外，在以下的說明中，對於與上述保護元件1的構成要素相同的構成要素附加上相同的符號，並省略了有關該構成要素的詳細的說明。

設有發熱體11的保護元件12例如如果裝入電池組件，那麼因為在過電流時可熔導體6自身發熱，所以該可熔導體6熔斷；再有因為對應於電池單元的過電壓發熱體11通電並發熱，所以可熔導體6熔斷。因此，電池組件的充放電路徑被阻斷。

發熱體11包含電阻值比較高且一通電便發熱的具有導電性的材料中的任一種或二種以上。該具有導電性的材料例如為鎢(W)、鉬(Mo)、釕(Ru)、以它們的一種以上作為主要成分的合金、以它們的一種以上作為主要成分的組合物、以及以它們的一種以上作為主要成分的化合物等。使用絲網印刷技術，將含有這些合金等的粉狀體與樹脂粘合劑等的混合物的膏以形成所定圖案的方式塗布於絕緣基板4的表面4a後，通過對該膏進行煅燒等形成發熱體11。

發熱體11配設在絕緣基板4的表面4a，並且由絕緣層13被覆。在絕緣層13上，配設有表面電極5。絕緣層13是為了謀求發熱體11的保護和絕緣、並且將發熱體11所發生的熱量有效地傳送至表面電極5和可熔導體6而設置的，例如由玻璃層構成。表面電極5由於被發熱體11加熱，所以可熔導體6的熔融物即熔融導體6a容易凝集。

發熱體11的一端部與表面電極5連接，該發熱體11通過表面電極5與配設在該表面電極5上的可熔導體6電連接。另外，發熱體11的另一端部與未圖示的發熱體電極連接。發熱體電極配設在絕緣基板4的表面4a。另外，發熱體電極與配設在絕緣基板4的背面4b的第3外部連接電極15(參照圖6)連接，通過該第3外部連接電極15與外部電路連接。保護元件1通過與外部電路連接，裝入在電路基板上通過第3外部連接電極15形成有發熱體11的供電路徑、即對發熱體11的供電路徑。

另外，如圖4所示，在保護元件12中，發熱體11也可以配設在絕緣基板4的背面4b。發熱體11在絕緣基板4的背面4b，被絕緣層13被覆。

發熱體11的一端部通過未圖示的發熱體電極，與表面電極5和配設在表面電極5上的可熔導體6電連接。另外，發熱體11的另一端部通過未圖示的發熱體電極與第3外部連接電極15連接。

另外，如圖5所示，在保護元件12中，發熱體11也可以配設在絕緣基板4的內部。在這種情況下，發熱體11也可以不被玻璃等絕緣層13被覆。發熱體11的一端部通過未圖示的發熱體電極，與表面電極5和配設在表面電極5上的可熔導體6電連接。另外，發熱體11的另一端部通過未圖示的發熱體電極與第3外部連接電極15連接。

[電路結構]

這樣的保護元件12如圖6所示，例如安裝在使用有鋰離子二次電池的電池組件30內的電路中。電池組件30具備一個以上的電池單元、例如由合計4個鋰離子二次電池的電池單元31～34構成的電池組35。

電池組件30具備電池組35、控制電池組35的充放電的充放電控制電路40、在電池組35異常時使充電動作停止的保護元件12(應用有本發明的保護元件)、檢測各個電池單元31～34的電壓的檢測電路36、以及用於根據檢測電路36的檢測結果控制保護元件12的操作的開關元件即電流控制元件37。

在電池組35中，需要進行過充電保護和過放電保護的控制的電池單元31～34串聯。該電池組35通過電池組件30的正極端子30a和負極端子30b以可以裝卸的方式連接於充電裝置45，從該充電裝置45施加充電電壓。由充電裝置45充電的電池組件30通過正極端子30a和負極端子30b連接於利用電池驅動的電子設備，由此能夠使該電子設備驅動。

充放電控制電路40具備與從電池組35至充電裝置45的電流路徑串聯的2個電流控制元件41和42、以及控制該電流控制元件41和42的操作的控制部43。電流控制元件41、42例如包含場效應電晶體(以下稱為FET)。該電流控制元件41、42通過柵極電壓被控制部43控制，控制電池組35的電流路徑的狀態(導通和阻斷)。控制部43從充電裝置45接受電力供給進行操作，並且根據檢測電路36的檢測結果，當電池組35為過放電狀態或過充電狀態時，控制電流控制元件41、42的操作以阻斷電流路徑。

保護元件12例如導入電池組35與充放電控制電路40之間的充放電電流路徑上，該保護元件12的操作由電流控制元件37控制。

檢測電路36與各個電池單元31～34連接，將在該各個電池單元31～34上檢測出的各個電壓值，提供給充放電控制電路40的控制部43。另外，檢測電路36在任一個電池單元31～34成為過充電電壓狀態或過放電電壓狀態時，輸出用於控制電流控制元件37的控制信號。

電流控制元件37例如包含FET。該電流控制元件37根據從檢測電路36輸出的檢測信號，在電池單元31～34的電壓值成為超過所定的過放電狀態或過充電狀態的電壓時，使保護元件12驅動。因此，電池組35的充放電電流路徑不依靠電流控制元件41、42的開關操作被阻斷。

用於具有如以上構成的電池組件30的保護元件12，具有如圖7所示的電路結構。也就是說，在保護元件12中，第1外部電極2與電池組35電連接，並且第2外部電極3與正極端子30a電連接。因此，可熔導體6被以串聯的方式導入電池組35的充放電路徑。另外，在保護元件12中，發熱體11通過發熱體電極和第3外部連接電極15與電流控制元件37連接，並且該發熱體11與電池組35的開放端連接。因此，發熱體11的一端部通過表面電極5與可熔導體6和電池組35的一方的開放端連接。發熱體11的另一端部通過第3外部連接電極15與電流控制元件37和電池組35的另一方的開放端連接。因此，形成對發熱體11的供電路徑，並且對該發熱體11的通電由電流控制元件37控制。

[保護元件的操作]

如果電池組件30流過超過額定的過電流，那麼在保護元件12中，因為可熔導體6自身發熱且熔融，所以電池組件30的充放電路徑被阻斷。

另外，檢測電路36如果檢測出電池單元31～34中的任一個的異常電壓，那麼向電流控制元件37輸出遮斷信號。該電流控制元件37根據遮斷信號，控制電流以使發熱體11通電。在保護元件12中，因為電流從電池組35通過第1外部電極2、可熔導體6和表面電極5流向發熱體11，所以該發熱體11開始發熱。因此，在保護元件12中，如果可熔導體6被發熱體11加熱，那麼因為該可熔導體6熔斷，所以電池組35的充放電路徑被阻斷。

此時，即使在利用過電流時的自身發熱的可熔導體6的熔斷、和利用過電壓時的發熱體11的發熱的可熔導體6的熔斷的任一種情況下，在保護元件12中，因為可熔導體6在絕緣基板4之上僅由表面電極5支撐，所以有關表面電極5的尺寸和配置的設計自由度變高，並且第1外部電極2與第2外部電極3之間的距離容易調整。為此，在保護元件12中，因為能夠確保表面電極5與第1外部電極2之間的距離，並且能夠確保表面電極5與第2外部電極3之間的距離，所以熔融導體6a變得不易沿著絕緣基板4的表面4a分別與第1外部電極2和第2外部電極3連接。因此，能夠維持高的絕緣電阻。

另外，在保護元件12中，由於可熔導體6包含高熔點金屬和低熔點金屬，利用熔融的低熔點金屬對高熔點金屬的侵蝕作用，該可熔導體6在短時間熔斷。

另外，在保護元件12中，因為由於可熔導體6熔斷，對發熱體11的供電路徑也被阻斷，所以發熱體11的發熱停止。

本發明的一種實施方式的保護元件不只限應用於使用有鋰離子二次電池的電池組件的情況下，當然也可以應用於需要根據電氣信號阻斷電流路徑的各種用途。

[保護元件：吸引類型]

另外，在本發明的一種實施方式的保護元件中，如圖8所示，在絕緣基板4上也可以設置有用於吸引可熔導體6的熔融物即熔融導體6a的吸引孔51。此外，在以下的說明中，對於與上述保護元件1的構成要素相同的構成要素附加上相同的符合，並省略了有關該構成要素的詳細的說明。

在設有吸引孔51的保護元件50中，如果可熔導體6利用伴隨過電流的自身發熱而熔融、或者可熔導體6利用伴隨過電壓的發熱體11的發熱而熔融，那麼因為利用毛細管現象熔融導體6a被吸引至吸引孔51的內部，所以該熔融導體6a的體積減少。在保護元件50中，即使在通過為了對應大電流用途而使可熔導體6的截面積增大，而熔融量增大的情況下，也因為熔融導體6a被吸引孔51吸引，所以該熔融導體6a的體積減少。

因此，在保護元件50中，可熔導體6變得容易快速熔斷。另外，在保護元件50中，即使在利用伴隨過電流的自身發熱的可熔導體6的熔斷時發生電弧放電，也能夠減少起因於該電弧放電的熔融導體6a的飛散。因此，能夠防止絕緣電阻降低，並且能夠防止起因於熔融導體6a附著於可熔導體6的周圍電路的短路故障。

在吸引孔51的內壁面，設置有導電層52。由於設置有導電層52，吸引孔51變得容易吸引熔融導體6a。導電層52包含導電性材料中的任一種或二種以上。該導電性材料例如為銅、銀、金、鐵、鎳、鈀、鉛、錫、和以它們的一種以上作為主要成分的合金等。在吸引孔51的內壁面，通過使用電解電鍍法和印刷法等已知的方法成膜導電性材料(例如導電性膏)，形成導電層52。

另外，吸引孔51較佳是在絕緣基板4的厚度方向上延伸的貫通孔。因此，在吸引孔51中，熔融導體6a被吸引至絕緣基板4的背面4b。由此，因為更多的熔融導體6a被吸引，所以在可熔導體6熔斷的地方熔融導體6a的體積更加減少。此外，該吸引孔51也可以是非貫通孔。

另外，如圖9所示，在絕緣基板4的表面4a上通過絕緣層13配設有表面電極5，吸引孔51設置在對應於該表面電極5的寬度方向的大致中央部的位置。此外，吸引孔51的數目可以為一個，也可以為複數。在吸引孔51的數目為複數的情況下，因為吸引熔融導體6a的路徑增加，所以，更多的熔融導體6a被吸引孔51吸引。因此，在可熔導體6熔斷的地方，熔融導體6a的體積更加減少。在這裡，多個吸引孔51例如以直線狀、即排在一排的方式配置。

另外，設於吸引孔51的內壁面的導電層52與表面電極5連接。導電層52的表面與表面電極5的表面優選在同一平面內。導電層52與表面電極5也可以一體化。因此，在保護元件50中，於表面電極5上凝集的熔融導體6a在表面電極5的表面和導電層52的表面變得容易潤溼、擴散，並且該熔融導體6a通過導電層52容易被引導至吸引孔51的內部。

另外，在絕緣基板4的背面4b，以與設於吸引孔51的內壁面的導電層52連接的方式，配設背面電極53。如圖10所示，背面電極53與導電層52連接。導電層52的表面與背面電極53的表面優選在同一平面內。背面電極53與導電層52也可以一體化。如果可熔導體6熔融，那麼從絕緣基板4的表面4a經由吸引孔51移動至背面4b的熔融導體6a在背面電極53上凝集。因此，在保護元件50中，於背面電極53上凝集的熔融導體6a在背面電極53的表面和導電層52的表面變得容易潤溼、擴散。另外，因為更多的熔融導體6a被吸引孔51吸引，所以在可熔導體6熔斷的地方熔融導體6a的體積更加減少。

此外，在保護元件50中，可以不配設發熱體11，僅利用伴隨過電流的自身發熱使可熔導體6熔斷；也可以配設發熱體11，利用伴隨過電流的自身發熱再加上伴隨過電壓的發熱體11的發熱使可熔導體6熔斷。另外，在保護元件50中，發熱體11可以配設在絕緣基板4的表面4a，也可以配設在絕緣基板4的背面4b，也可以配設在絕緣基板4的內部。

在發熱體11設於絕緣基板4的背面4b的情況下，發熱體11的一端部與背面電極53連接，與該背面電極53一體化，並且通過導電層52和表面電極5與可熔導體6電連接。另外，發熱體11的另一端部通過未圖示的發熱體電極與第3外部連接電極15連接。同樣，在發熱體11設於絕緣基板4的內部的情況下，發熱體11的一端部通過表面電極5與可熔導體6電連接，並且發熱體11的另一端部與第3外部連接電極15連接。

如果發熱體11配設在絕緣基板4的背面4b，那麼在保護元件50中，因為背面電極53被發熱體11加熱，所以更多的熔融導體6a容易凝集。因此，在保護元件50中，由於能夠促進熔融導體6a從表面電極5通過導電層52吸引至背面電極53的作用，所以可熔導體6容易熔斷。

另外，如果發熱體11配設在絕緣基板4的內部，那麼在保護元件50中，由於表面電極5和背面電極53通過導電層52被發熱體11加熱，所以更多的熔融導體6a容易凝集。因此，在保護元件50中，由於能夠促進熔融導體6a從表面電極5通過導電層52吸引至背面電極53的作用，所以可熔導體6容易熔斷。

此外，在發熱體11配設在絕緣基板4的表面4a、發熱體11配設在絕緣基板4的背面4b、發熱體11配設在絕緣基板4的內部的任何一種情況下，該發熱體11優選地配設在吸引孔51的兩側。因為表面電極5和背面電極53被加熱，所以更多的熔融導體6a凝集且被吸引孔51吸引。

另外，在保護元件50中，也可以在吸引孔51的內部，填充與可熔導體6的形成材料相同或者類似的材料、比可熔導體6的形成材料熔點低的預備焊料55、助熔劑等。在保護元件50中，當發熱體11發熱時，導熱性優異的導電層52、表面電極5和背面電極53的溫度比絕緣基板4的溫度先提高。由此，因為預備焊料55等比可熔導體6先熔融，所以熔融導體6a被吸引孔51吸引。因此，因為熔融導體6a從絕緣基板4的表面4a移動至背面4b，所以不管保護元件50的朝向，第1外部電極2與第2外部電極3之間的電流路徑容易被阻斷。

[第1外部電極與絕緣基板之間的間隙、和第2外部電極與絕緣基板之間的間隙]

此外，在保護元件1、12、50中，因為在由外框體10支撐的第1外部電極2與絕緣基板4之間設有間隙，所以優選該第1外部電極2與絕緣基板4互相隔開。另外，因為在由外框體10支撐的第2外部電極3與絕緣基板4之間設有間隙，所以優選該第2外部電極3與絕緣基板4互相隔開。如果設有這些間隙，那麼因為起因於絕緣基板4的熱膨脹係數與外框體10的熱膨脹係數之差的變形被吸收，所以能夠防止保護元件1、12、50的破損。另外，在保護元件12、50中，如果設有間隙，那麼絕緣基板4與第1外部電極2之間的傳熱路徑被阻斷，並且絕緣基板4與第2外部電極3之間的傳熱路徑被阻斷。為此，因為能夠更有效地將熱量從表面電極5傳送至可熔導體6，所以可熔導體6快速熔斷。

另外，如果在第1外部電極2與絕緣基板4之間設有間隙，並且在第2外部電極3與絕緣基板4之間設有間隙，那麼第1外部電極2與表面電極5不排列於同一平面上，並且第2外部電極3與表面電極5不排列於同一平面上。因此，在保護元件1中，因為熔融導體6a變得不易沿著絕緣基板4的表面4a與第1外部電極2和第2外部電極3連接，所以能夠維持高的絕緣電阻。

在這裡，在沒有使用上述本發明的一種實施方式的保護元件時所產生的問題，如下所述。

作為對本發明的保護元件1、12、50的比較例的保護元件100，如圖11所示，具備：第1外部電極101、第2外部電極102、配設在第1外部電極101與第2外部電極102之間的絕緣基板103、配設在絕緣基板103的表面的表面電極104、以及由一對側電極105a和105b支撐的可熔導體106。第1外部電極101和第2外部電極102由外框體110支撐。

保護元件100通過第1外部電極101和第2外部電極102連接於外部電路，裝入該外部電路的電流路徑。因此，可熔導體106構成上述電流路徑的一部分。如果超過額定的過電流流過可熔導體106，那麼因為該可熔導體106利用自身發熱熔斷，所以電流路徑被阻斷。

另外，在保護元件100中，對應於通電而發熱的發熱體107設於絕緣基板103之上。發熱體107包含W、Mo、和Ru等高熔點金屬中的任一種或二種以上，由玻璃等絕緣層108被覆。表面電極104與發熱體107的一端部電連接，並且以與發熱體107重疊的方式配設在絕緣層108的表面上。另外，發熱體107與未圖示的發熱體電極連接，通過該發熱體電極與外部電路連接。由此，控制對發熱體107的通電。在保護元件100中，在過電流狀態下可熔導體106熔斷的情況之外，如果檢測出電池單元的過電壓狀態，那麼因為由電阻體形成的發熱體107流過電流，利用該發熱體107的發熱而可熔導體106熔斷。

在保護元件100中，為了對應大電流，通過使可熔導體106的截面積增大，來謀求該可熔導體106的低電阻化。在這裡，如果為了對應大電流使可熔導體106的截面積增大，那麼因為為了利用發熱體107的發熱使可熔導體106熔斷需要耗費時間，並且在熔斷時可熔導體106的熔融量變多，所以有必要使該可熔導體106穩定地熔斷。因此，在保護元件100中，在表面電極104的兩側的絕緣基板103的表面，以互相隔開的方式配設有側電極105a、105b。在可熔導體106使用焊料連接於側電極105a、105b的情況下，如果發熱體107發熱，那麼因為側電極105a、105b將發熱體107所發生的熱量有效地傳送至可熔導體106，所以該可熔導體106快速地被加熱並熔斷。如果可熔導體106熔融，那麼側電極105a、105b利用潤溼性支撐該可熔導體106的熔融物(熔融導體)的一部分，以使其與表面電極104、第1外部電極101和第2外部電極102隔開。因此，在保護元件100中，裝入第1外部電極101與第2外部電極102之間的電流路徑的可熔導體106變得容易熔斷。

然而，在保護元件100中，因為表面電極104和一對側電極105a、105b配置在絕緣基板103的表面上的有限空間，所以表面電極104與一對側電極105a、105b的距離變小。因此，在可熔導體106熔斷後，因為熔融導體與第1外部電極101和第2外部電極102變得容易連接，所以有可能不能確保絕緣電阻。

另外，作為絕緣基板103，耐熱衝擊性和熱傳導性都優異的陶瓷基板適合被使用。在這種情況下，因為可熔導體106的熱膨脹係數與絕緣基板103的熱膨脹係數的差大，所以如果保護元件100被反覆放置於高溫環境與低溫環境，那麼在表面電極104與一對側電極105a、105b之間，起因於熱膨脹係數之差的變形蓄積於可熔導體106。為此，因為電阻值產生偏差，所以有可能難以維持保護元件100的高電流額定值。再有，起因於上述變形，可熔導體106和側電極105a、105b也有可能發生龜裂和剝離。這樣的傾向越是為了提高保護元件100的電流額定值而使可熔導體106大型化，就越是變得顯著。

[實例]

接著，對本發明的實例進行說明。在本實例中，在準備：可熔導體6在絕緣基板4上僅由表面電極5支撐的保護元件1(實例：參照圖1)；以及可熔導體106在絕緣基板103上由表面電極104和一對側電極105a、105b支撐的保護元件100(比較例：參照圖11)後，評價了電流阻斷時的絕緣性；利用發熱體11、107的發熱的熔斷特性；以及溫度循環試驗時的可靠性。

在實例的保護元件1和比較例的保護元件100中，作為絕緣基板4、103，使用背面設有發熱體11、107的陶瓷基板(熱膨脹係數＝7ppm/℃)。另外，作為電連接於第1外部電極2、101和第2外部電極3、102的可熔導體6、106，使用施加有鍍Ag處理(厚度為6μm)的Sn-Ag-Cu類金屬箔(厚度＝0.35mm、寬度＝5.4mm、熱膨脹係數＝22ppm/℃)。可熔導體6、106與第1外部電極2、101和第2外部電極3、102通過焊料連接。另外，第1外部電極2、101和第2外部電極3、102由PPS制的外框體10、110(熱膨脹係數＝20ppm/℃)支撐。

通過對實例的保護元件1和比較例的保護元件100在190A、35V的條件下通電，利用自身發熱使可熔導體6、106熔斷。熔斷時間在實例的保護元件1和比較例的保護元件100的任一方都為5秒。熔斷後，通過測定第1外部電極2、101與第2外部電極3、102之間的絕緣電阻值，確認是否能夠確保106Ω以上的絕緣電阻。測定結果表示在表1中。

[表1]

如表1所示，在實例的保護元件1中，16個樣品全部確保106Ω以上的絕緣電阻。另一方面，在比較例的保護元件100中，8個樣品中有3個樣品絕緣電阻值未滿106Ω。在比較例的保護元件100中，由於設置側電極105a、105b，從而第1外部電極101、第2外部電極102、側電極105a、側電極105b、以及表面電極104各自的位置互相靠近，所以被認為是起因於電弧放電時飛散的熔融導體而變得容易發生短路。對此，可熔導體6在絕緣基板4上僅由表面電極5支撐的實例的保護元件1因為不易發生上述短路，對於維持高的絕緣電阻是有效的。

另外，在實例的保護元件1和比較例的保護元件100中，通過使發熱體11、107通電並發熱而使可熔導體6、106熔斷的情況下，實例的保護元件1和比較例的保護元件100的任一方在施加電力為30W的條件下熔斷時間為約10秒，在施加電力為90W的條件下熔斷時間為約1.5秒。也就是說，不具備側電極105a、105b的實例的保護元件1與具備側電極105a、105b的比較例的保護元件100相同，能夠在大的驅動電力範圍迅速使可熔導體6熔斷。

接著，通過使用實例的保護元件1和比較例的保護元件100實施溫度循環試驗，測定初期的導通電阻值、和溫度循環試驗後的導通電阻值。測定結果表示在表2中。在溫度循環試驗中，在-40℃(30min)與100℃(30min)之間使溫度變化，並且將循環回數定為300回。

[表2]

如表2所示，在實例的保護元件1中，溫度循環試驗後的電阻值的上升率被抑制在1.4％，對此，在比較例的保護元件100中，溫度循環試驗後的電阻值的上升率高達3.9％。

在比較例的保護元件100中，可熔導體106在絕緣基板103上的多處被側電極105a、105b和表面電極104固定。在這種情況下，如果實施溫度循環試驗，那麼因為起因於絕緣基板103的熱膨脹係數與可熔導體106的熱膨脹係數的差，而反覆產生應力，所以在使可熔導體106固定在絕緣基板103上的側電極105a、105b與表面電極104之間發生變形。為此，因為起因於可熔導體106的變形而電阻值變動，所以有關電流額定值的維持和快速熔斷性等的可靠性降低。

另一方面，在實例的保護元件1中，因為可熔導體6在絕緣基板4上的一處被表面電極5固定，所以上述變形的發生被抑制。另外，因為支撐第1外部電極2和第2外部電極3的外框體10的熱膨脹係數與可熔導體6的熱膨脹係數的差小，所以在第1外部電極2和第2外部電極3與表面電極5之間幾乎不發生變形。因此，通過採用可熔導體6在絕緣基板4上僅由表面電極5支撐的結構，即使在保護元件1被暴露在各種各樣的溫度環境的情況下，也能夠確保有關高電流額定值的維持和快速熔斷性的可靠性。

本公開含有涉及在2014年5月30日在日本專利局提交的日本優先權專利申請JP2014-112811中公開的主旨，其全部內容包括在此，以供參考。

本領域的技術人員應該理解，雖然根據設計要求及其他因素可能出現各種修改、組合、子組合和可替換項，但是它們均包含在附加的權利要求或它的等同物的範圍內。

符號的說明

1：保護元件

2：第1外部電極

3：第2外部電極

4：絕緣基板

4a：表面

4b：背面

5：表面電極

6：可熔導體

7：連接材料

10：外框體

11：發熱體

12：保護元件

13：絕緣層

15：第3外部連接電極

30：電池組件

31～34：電池單元

35：電池組

36：檢測電路

37：電流控制元件

40：充放電控制電路

41，42：電流控制元件

43：控制部

45：充電裝置

50：保護元件

51：吸引孔

52：導電層

53：背面電極

55：預備焊料