熔絲單元的製作方法

2023-10-07 00:10:49 1

本發明涉及當流過比額定值大的電流時因焦耳熱而熔斷，使電氣電路開路的熔絲單元。本申請以在日本於2014年6月3日申請的日本專利申請號特願2014－114535為基礎主張優先權，該申請通過參照被引用至本申請。

背景技術：

近年來，便攜電話、筆記本PC等大多採用鋰離子二次電池。鋰離子二次電池因為重量能量密度高，所以為了確保用戶及電子設備的安全，一般在電池組內置過充電保護、過放電保護等好幾個保護電路，具有在特定的情況下切斷電池組的輸出的功能。然而，因水漬而電池的正極/負極絕緣嵌合部腐蝕的情況下，有電池內部的壓力洩漏、安全閥不會正確發揮功能而關係到爆炸事故的風險。

針對水漬有附上探測溼潤的痕跡的密封件（seal），發出警告的方案（例如，參照專利文獻1），但是並不是限制使用電池，因此存在發生電路基板的水漬造成的遷移（migration）（絕緣劣化）或短路造成的電路誤動作的擔憂。另外，即便對於伴隨電池異常的電解液的洩漏，也有發生與上述同等的不良的擔憂。

現有技術文獻

專利文獻

專利文獻1：日本特開平11－144695號公報

專利文獻2：日本特開2000－162081號公報。

技術實現要素：

發明要解決的課題

本發明鑑於這樣的現有實際情況而提出，提供一種相對於水漬、電池液洩漏等的異常，能夠安全地使電氣電路開路的熔絲單元。

用於解決課題的方案

為了解決上述的課題，本發明所涉及的熔絲單元，其特徵在於，具備：熔絲元件（fuse element）；以及電極，接近所述熔絲元件而配置，由離子化傾向比所述熔絲元件小的金屬構成。

發明效果

依據本發明，例如在熔絲元件與電極之間有水滲入的情況下，因電腐蝕作用而熔絲元件的電氣電阻上升，額定電流值下降，因此能夠安全地使電氣電路開路。

附圖說明

【圖1】圖1是示出熔絲單元的結構例的立體圖。

【圖2】圖2是示意性地示出電腐蝕前的熔絲元件的立體圖。

【圖3】圖3是示意性地示出電腐蝕後的熔絲元件的立體圖。

【圖4】圖4是示出並聯配置多個熔絲元件的熔絲單元的結構例的立體圖。

【圖5】圖5是示出並聯配置多個熔絲元件的熔絲單元的結構例的截面圖。

【圖6】圖6是示出將熔絲單元用於鋰離子二次電池的電池組內的電路的適用例的框圖。

具體實施方式

以下，一邊參照附圖一邊按下述順序，對本發明的實施方式詳細地進行說明。

1.熔絲單元的結構例

2.熔絲單元的適用例

＜1.熔絲單元的結構例＞

本實施方式所涉及的熔絲單元具備：熔絲元件；以及電極，接近熔絲元件而配置，由離子化傾向比熔絲元件小的金屬構成。由於熔絲元件和電極接近，所以水漬、電池液洩漏等的異常時液體會侵入熔絲元件與電極之間，熔絲元件電腐蝕。由此，電氣電阻上升、額定電流值下降，因此利用對熔絲元件的通電電流而自己切斷，能夠安全地使電氣電路開路。

圖1是示出熔絲單元的結構例的立體圖。熔絲單元10具備：由平板構成的熔絲元件11；以及與熔絲元件11的中心部的兩面對置地配置的電極12A、12B。熔絲元件11和電極12以水能夠滲入的方式接近，其距離優選為0.01mm～10mm。另外，熔絲元件11與電極12之間的距離小的情況下，電場強度大且電腐蝕作用強，因此為了更加有效率地使電氣電路開路，電極12之間的距離更優選為0.01～1mm。

熔絲元件11具有既定額定電流值，若通入超過額定電流值的電流則熔斷。熔絲元件11優選從鋁、鐵、鎳、錫、鉛中選擇的任一種為主成分。此外，在本說明書中，所謂主成分是指以材料全質量為基準，50wt％以上的成分。

電極12A、12B與熔絲元件11的中心部的兩面對置地配置。另外，電極12A、12B優選以覆蓋熔絲元件11的中心部的整個表面的方式配置，以增大熔絲元件11電腐蝕的物質量。

另外，電極12A、12B由離子化傾向比熔絲元件小的金屬構成，優選從金、鉑、銀、銅、鈀中選擇的任一種為主成分。由此，在有水侵入熔絲元件11與電極12之間的情況下，由潮溼（卑）的金屬構成的熔絲元件11成為正極而離子化（腐蝕），熔絲元件11變細或者發生針孔（pinhole），使得熔絲元件11的導體電阻上升，能夠降低額定電流值。

另外，優選在熔絲元件11與電極12之間具備隔離物。另外，隔離物優選由網孔狀、多孔質狀等的絕緣體構成。由此，能夠抑制熔絲元件11與電極12之間的直接短路，並且確保水或電解液的保持性。另外，隔離物優選載放NaCl等的電解質。由此，能夠提高水或電解液的電導率，促進電腐蝕。

另外，也可以在熔絲元件11與電極12之間配置吸水性或吸溼性的絕緣物。另外，也可以設為：在熔絲元件11與電極12之間配置由溶膠、凝膠、或固體構成的絕緣物，利用水來發現導電性。另外，也可以設為：在熔絲元件11與電極12之間侵入由溶膠或凝膠構成的電解質時，發揮熔絲元件11的電腐蝕作用。

另外，優選熔絲元件11作為正極而連接，電極12作為負極而連接。由此，能夠促進電腐蝕反應，能夠快速降低熔絲元件11的額定電流值。

即，熔絲單元10構成切斷電路，該切斷電路具備：作為正極與直流電源串聯連接而成的熔絲元件11；以及作為負極連接而成的電極12，該電極12接近熔絲元件11而配置，由離子化傾向比熔絲元件11小的金屬構成。另外，具備用於向熔絲元件11通電的第1端子及第2端子、和將電極12作為負極而連接的第3端子，將第1端子及第2端子串聯連接到正極的通電路徑，將第3端子連接到負極或接地。

圖2及圖3分別是示意性地示出電腐蝕前及電腐蝕後的熔絲元件的立體圖。如圖2所示，電腐蝕前的熔絲元件11保持長方形（短形）形狀。在有水侵入熔絲元件11與電極12之間的情況下，如圖3所示由潮溼（卑）的金屬構成的熔絲元件11成為正極而離子化（腐蝕），熔絲元件11變細或發生針孔。因此，熔絲元件11的導體電阻上升、額定電流值下降。由於隨著導體電阻上升的發熱，熔絲元件11與電極12之間的水或電解液有時會蒸發，但是額定電流值下降，所以利用對熔絲元件11的通電電流而自己切斷，能夠安全地使電氣電路開路。

另外，熔絲單元不限於前述的結構例，例如，也可以並聯配置多個熔絲元件，電極配置在熔絲元件之間。圖4是示出並聯配置多個熔絲元件的熔絲單元的結構例的立體圖，圖5是示出並聯配置多個熔絲元件的熔絲單元的結構例的截面圖。如圖5所示，該熔絲單元依次層疊有第1電極22A、第1隔離物23A、第1熔絲元件21A、第2隔離物23B、第2電極22B、第3隔離物23C、第2熔絲元件21B、第4隔離物23D、第3電極22C、第5隔離物23E、第3熔絲元件21C、第6隔離物23F和第4電極22D。

第1～第3熔絲元件21A、21B、21C、第1～第4電極22A、22B、22C、22D及第1～第6隔離物23A、23B、23C、23D、23E、23F分別與前述的熔絲元件11、電極12及隔離物同樣，在此省略說明。

這樣通過並聯配置多個熔絲元件，能夠增大額定電流，並且能夠促進有水侵入熔絲元件與電極之間的情況下的熔絲元件的電腐蝕。

＜2.熔絲單元的適用例＞

圖6是示出將熔絲單元用於鋰離子二次電池的電池組內的電路的適用例的框圖。如圖6所示，熔絲單元10例如裝入具有由合計4個鋰離子二次電池的電池單元31～34構成的電池堆棧35的電池組30而使用。

電池組30具備：電池堆棧35；控制電池堆棧35的充放電的充放電控制電路40；在異常時切斷電池堆棧35的輸出的熔絲單元10；以及檢測各電池單元31～34的電壓的檢測電路36。

電池堆棧35串聯連接了需要用於從過充電及過放電狀態進行保護的控制的電池單元31～34，經由電池組30的正極端子30a、負極端子30b，可裝卸地連接到充電裝置45，被施加來自充電裝置45的充電電壓。通過將利用充電裝置45充電的電池組30的正極端子30a、負極端子30b連接到用電池進行動作的電子設備，能夠使該電子設備動作。

充放電控制電路40具備：在從電池堆棧35流入充電裝置45的電流路徑串聯連接的兩個電流控制單元41、42；以及控制這些電流控制單元41、42的動作的控制部43。電流控制單元41、42例如由場效應電晶體（以下，稱為FET。）構成，利用控制部43控制柵極電壓，從而控制電池堆棧35的電流路徑的導通和切斷。控制部43從充電裝置45或電池堆棧35接受電力供給而動作，根據基於檢測電路36的檢測結果，控制電流控制單元41、42的動作，以在電池堆棧35處於過放電或過充電時，切斷電流路徑。

熔絲單元10具備：用於向熔絲元件11進行通電的第1端子及第2端子；以及作為負極而連接電極12的第3端子，例如，將第1端子及第2端子連接到電池堆棧35與充放電控制電路40之間的充放電電流路徑上，將第3端子連接到負極側。

檢測電路36與各電池單元31～34連接，檢測各電池單元31～34的電壓值，當異常時向電流控制單元38輸出信號而使之通電，通過保護單元37的動作來切斷充放電電流路徑。

保護單元37例如連接在電池堆棧35與充放電控制電路40之間的充放電電流路徑上，其動作由電流控制單元38控制。保護單元10例如具有由可熔導體和發熱體構成的電路結構，該發熱體經由可熔導體的連接點而通電並發熱，從而熔化可熔導體，可熔導體串聯連接在充放電電流路徑上，發熱體與電流控制單元38連接。

電流控制單元38通過從檢測電路36輸出的檢測信號進行控制，以在電池單元31～34的電壓值成為超過既定過放電或過充電狀態的電壓時，使保護單元37動作，與電流控制單元31、32的開關動作無關地切斷電池堆棧35的充放電電流路徑。

依據這樣的適用例，當水洩漏等異常時有水侵入熔絲元件11與電極12之間，熔絲元件11電腐蝕。由此，額定電流值下降，因此利用對熔絲元件11的通電電流而自己切斷，能夠安全地使電氣電路開路。

此外，在上述異常時效率良好地使電氣電路開路之上，如果熔絲元件11作為正極而連接，電極12作為負極而連接，則熔絲單元10的第3端子的連接地點並無特別限定。例如，通過將第3端子的連接地點設為檢測電路36，能夠檢測出有水侵入熔絲元件11與電極12之間的情況。另外，也可以例如利用一次電池，使正極側連接到熔絲元件11，使負極側連接到第3端子。另外，也可以使第3端子接地。另外，原理上只要將離子化傾向不同的兩個金屬浸漬於電解液，離子化傾向大的金屬電腐蝕，因此也可以使第3端子為開路狀態。

標號說明

10　熔絲單元；11　熔絲元件；12　電極；21A、21B、21C　第1～第3熔絲元件；22A、22B、22C、22D　第1～第4電極；23A、23B、23C、23D、23D、23E、23F　第1～第6隔離物；30　電池組；30a　正極端子；30b　負極端子；31～34　電池單元；35　電池堆棧；36　檢測電路；37　保護單元；38　電流控制單元；40　充放電控制電路；41、42　電流控制單元；43　控制部；45　充電裝置。