短路元件以及短路電路的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及利用電信號使開放狀態(tài)的電源線、信號線在物理上和電氣上短路的短路元件以及短路電路。本申請以2013年8月7日在日本申請的日本專利申請?zhí)柼卦?013-164616為基礎(chǔ)主張優(yōu)先權(quán)，該申請通過參照而被引用于本申請。
【背景技術(shù)】
[0002]能夠充電而反復(fù)利用的蓄電池大多被加工為電池組而提供給用戶。特別是在重量能量密度高的鋰離子蓄電池中，為了確保用戶以及電子設(shè)備的安全，一般在電池組內(nèi)置過充電保護(hù)、過放電保護(hù)等多個保護(hù)電路，具有在規(guī)定的情況下將電池組的輸出阻斷的功能。
[0003]在這種的保護(hù)元件中，使用內(nèi)置于電池組的FET開關(guān)進(jìn)行輸出的接通/斷開(0N/0FF)，由此進(jìn)行電池組的過充電保護(hù)或者過放電保護(hù)工作。然而，即使在因為某種原因FET開關(guān)被短路破壞的情況下、在被施以雷擊而瞬間的大電流流過的情況下、或者在因電池的壽命導(dǎo)致輸出電壓異常地降低或相反地輸出過大的異常電壓的情況下，也必須保護(hù)電池組、電子設(shè)備免于起火等事故。因此，為了即使在這樣的可假定的所有異常狀態(tài)中也將電池的輸出安全地阻斷，使用由具有通過來自于外部的信號將電流路徑阻斷的功能的熔斷器元件構(gòu)成的保護(hù)元件。
[0004]作為面向鋰離子蓄電池等的保護(hù)電路的保護(hù)元件，如專利I記載的那樣，橫跨電流路徑上的第I電極、發(fā)熱體引出電極、第2電極之間將可熔導(dǎo)體連接而形成電流路徑的一部分，通過過電流引起的自身發(fā)熱或者設(shè)于保護(hù)元件內(nèi)部的發(fā)熱體將該電流路徑上的可熔導(dǎo)體熔斷。對于這樣的保護(hù)元件，將熔融了的液體狀的可熔導(dǎo)體聚集到與發(fā)熱體相連的導(dǎo)體層上，由此將電流路徑阻斷。
[0005]在先技術(shù)文獻(xiàn)
[0006]專利文獻(xiàn)
[0007]專利文獻(xiàn)I:日本專利特開2010-003665號公報
[0008]專利文獻(xiàn)2:日本專利特開2004-185960號公報
[0009]專利文獻(xiàn)3:日本專利特開2012-003878號公報

【發(fā)明內(nèi)容】

[0010]發(fā)明要解決的課題
[0011]然而，近年，使用電池和電機(jī)的HEV(HybridElectric Vehicle) nEV(ElectricVehicle)正迅速地普及。作為HEV、EV的動力源，從能量密度和輸出特性的角度出發(fā)逐漸使用鋰離子蓄電池。對于汽車用途而言，需要高電壓、大電流。因此，開發(fā)了能夠承受高電壓、大電流的專用電池，但是從制造成本的角度出發(fā)，多數(shù)情況下將多個電池單元串聯(lián)、并聯(lián)地連接，由此使用通用電池來確保必要的電壓電流。
[0012]這里，對于高速移動中的汽車等而言，存在急劇的驅(qū)動力的降低和/或急停反而危險的情況，謀求假定了特別情況的電池管理。例如，在行駛過程中電池系統(tǒng)發(fā)生異常時，也能夠提供移動到修理廠或安全場所的驅(qū)動力或者應(yīng)急燈和/或空調(diào)用的驅(qū)動力，這在避免危險方面是優(yōu)選的。
[0013]但是，在專利文獻(xiàn)I那樣的多個電池以串聯(lián)的方式連接而成的電池組中，只在充放電路徑上設(shè)置了保護(hù)元件，在此情況下若電池的一部分發(fā)生異常并且使保護(hù)元件工作，則電池組整體的充放電路徑被阻斷，再也無法供給電力。
[0014]因此，只排除由多個電池單體構(gòu)成的電池組內(nèi)的異常的電池單體，并有效地使用正常的電池單體，為此提出能夠形成只將異常的電池單體旁通的旁通路徑的短路元件。
[0015]如圖20所示，該短路元件50具有在充放電路徑上與電池單體51以并聯(lián)方式連接并在正常時開放的2個開放電極52、53 ;通過熔融使2個開放電極52、53之間短路的可熔導(dǎo)體54;和與可熔導(dǎo)體54以串聯(lián)的方式連接并使該可熔導(dǎo)體54熔融的發(fā)熱體55。
[0016]發(fā)熱體55通過電流經(jīng)由充放電路徑流通而自身發(fā)熱，通過該熱(焦耳熱)使可熔導(dǎo)體54熔融。發(fā)熱體55與FET等電流控制元件56連接。電流控制元件56以在電池單體51的正常時限制向發(fā)熱體55的供電，在異常時使電流經(jīng)由充放電路徑向發(fā)熱體55流動的方式來進(jìn)行控制。
[0017]就使用了短路元件50的電池電路而言，若在電池單體51檢測出異常電壓等，則通過保護(hù)元件57將該電池單體51從充放電路徑上阻斷，并且使電流控制元件56工作，使電流流向發(fā)熱體55。由此，利用發(fā)熱體55的熱使可熔導(dǎo)體54熔融，熔融導(dǎo)體凝集在2個開放電極52、53上并結(jié)合。因此，開放電極52、53被熔融導(dǎo)體短路，由此，能夠形成將電池單體51旁通的電流路徑。
[0018]但是，在將短路元件50用于流通與電源線相比微弱的電流的數(shù)字信號線中的情況下，不能將得到足夠使可熔導(dǎo)體54熔斷的發(fā)熱量程度的電力供應(yīng)到向發(fā)熱體55，短路元件50的用途受限于電源線用途。
[0019]另外，伴隨著電流額定值的提高，對將電流路徑切換到發(fā)熱體55側(cè)的電流控制元件56來說也謀求相同的額定值的提高。并且，高額定值的電流控制元件通常價格高，在成本方面不利。
[0020]因此，本發(fā)明的目的在于提供短路元件以及短路電路，在即使被組裝到微弱的電流路徑的情況下，也能夠?qū)⒆銐蛉蹟嗫扇蹖?dǎo)體的電力供應(yīng)到發(fā)熱體，能夠用于所有的用途。[0021 ]為了解決上述課題，本發(fā)明的短路元件具備:絕緣基板;發(fā)熱體;相互鄰近地設(shè)置于上述絕緣基板的第I電極以及第2電極;與上述第I電極鄰近地設(shè)置的第3電極;與上述第2電極鄰近地設(shè)置的第4電極;第I可熔導(dǎo)體，其從上述第I電極橫跨到上述第3電極而被安裝，利用由上述發(fā)熱體進(jìn)行的加熱，在上述第I電極和上述第3電極之間熔斷；第2可熔導(dǎo)體，其從上述第2電極橫跨到上述第4電極而被安裝，利用由上述發(fā)熱體進(jìn)行的加熱，在上述第2電極和上述第4電極之間熔斷;與上述發(fā)熱體電連接的第5電極;與上述第5電極鄰近地設(shè)置的第6電極;和第3可熔導(dǎo)體，其從上述第5電極橫跨到上述第6電極而被安裝，由此與上述發(fā)熱體以串聯(lián)的方式連接，利用由上述發(fā)熱體進(jìn)行的加熱，在上述第5電極和上述第6電極之間熔斷，利用由上述發(fā)熱體進(jìn)行的加熱使上述第I可熔導(dǎo)體、第2可熔導(dǎo)體熔融，使在上述第I電極、第2電極上凝集了的熔融導(dǎo)體結(jié)合，由此使上述第I電極、第2電極之間短路。
[0022]另外，本發(fā)明的短路電路具備:第I電路，其具有第I熔斷器和相互鄰近地形成并且絕緣的第I電極、第2電極;第2電路，其與上述第I電路電獨立地形成，且具有發(fā)熱體和與上述發(fā)熱體的一端連接的第2熔斷器，利用使電流流過上述第2電路而使上述發(fā)熱體發(fā)熱而產(chǎn)生的熱，使上述第I熔斷器熔融并將上述第I電極、第2電極之間短路，之后使上述第2熔斷器熔斷而使上述發(fā)熱體的發(fā)熱停止。
[0023]發(fā)明效果
[0024]根據(jù)本發(fā)明，組裝到外部電路的、橫跨第1、第2電極之間的電流路徑與通向?qū)⒌?、第2可熔導(dǎo)體熔斷的發(fā)熱體的供電路徑電獨立，因此不管外部電路的種類如何，都能夠?qū)Πl(fā)熱體提供得到足夠使第1、第2可熔導(dǎo)體熔斷的發(fā)熱量的電力。因此，根據(jù)本發(fā)明，作為外部電路，除了電源電路，也可以用于流通微弱的電流的數(shù)字信號電路。
[0025]另外，根據(jù)本發(fā)明，形成與組裝到外部電路的、橫跨第1、第2電極之間的電流路徑電獨立而通向發(fā)熱體的供電路徑，因此不管外部電路的電流額定值如何，都能夠根據(jù)發(fā)熱體的額定值選擇控制通向發(fā)熱體的供電的電流控制元件，并能夠更經(jīng)濟(jì)地制造。
【附圖說明】
[0026]圖1是表示應(yīng)用了本發(fā)明的短路元件的圖，(A)為俯視圖，(B)為剖面圖。
[0027]圖2是表示短路元件中的發(fā)熱體的發(fā)熱中心的俯視圖。
[0028]圖3是應(yīng)用了本發(fā)明的短路元件的電路圖。
[0029 ]圖4是表示應(yīng)用了本發(fā)明的短路電路的電路圖。
[0030]圖5是表示第1、第2電極之間短路的短路元件的圖，(A)是剖面圖，(B)是電路圖。
[0031]圖6是表示第5、第6電極之間被阻斷，發(fā)熱體的發(fā)熱停止的短路元件的圖，(A)是剖面圖，(B)是電路圖。
[0032]圖7是表示應(yīng)用了本發(fā)明的其它短路元件的圖，(A)是俯視圖，(B)是剖面圖。
[0033]圖8是表示應(yīng)用了本發(fā)明的其它短路元件的圖，(A)是俯視圖，(B)是剖面圖。
[0034]圖9是表示發(fā)熱體形成于絕緣基板的背面的短路元件的剖面圖。
[0035]圖10是表示發(fā)熱體形成于絕緣層的內(nèi)部的短路元件的剖面圖。
[0036]圖11是表示發(fā)熱體形成于絕緣基板的內(nèi)部的短路元件的剖面圖。
[0037]圖12是表示發(fā)熱體以及第I?第6電極形成于絕緣基板的正面的短路元件的俯視圖。
[0038]圖13是具有短路元件的電池組的電路圖，該短路元件具備保護(hù)電阻。
[0039]圖14是表示具有高熔點金屬層和低熔點金屬層，且具備覆蓋構(gòu)造的可熔導(dǎo)體的立體圖，(A)表示將高熔點金屬層作為內(nèi)層且由低熔點金屬層覆蓋的構(gòu)造，(B)表示將低熔點金屬層作為內(nèi)層且由高熔點金屬層覆蓋的構(gòu)造。
[0040]圖15是表示具備高熔點金屬層和低熔點金屬層的層疊構(gòu)造的可熔導(dǎo)體的立體圖，(A)為上下雙層構(gòu)造，(B)為內(nèi)層以及外層的3層構(gòu)造。
[0041]圖16是表示具備高熔點金屬層和低熔點金屬層的多層構(gòu)造的可熔導(dǎo)體的剖面圖。
[0042]圖17表示在高熔點金屬層的表面形成有線狀的開口部且使低熔點金屬層露出的可熔導(dǎo)體的俯視圖，(A)為沿長邊方向形成開口部的情況，(B)為沿寬度方向形成開口部的情況。
[0043]圖18是表示在高熔點金屬層的表面形成有圓形的開口部且使低熔點金屬層露出的可熔導(dǎo)體的俯視圖。
[0044]圖19是在高熔點金屬層形成有圓形的開口部且在內(nèi)部填充有低熔點金屬的可熔導(dǎo)體的俯視圖。
[0045]圖20是表示使用了參考例的短路元件的電池電路的電路圖。
【具體實施方式】
[0046]以下，參照附圖對應(yīng)用了本發(fā)明的短路元件和短路電路進(jìn)行詳細(xì)說明。應(yīng)予說明，本發(fā)明不僅限于以下的實施方式，當(dāng)然，在不脫離本發(fā)明的主旨的范圍內(nèi)可以進(jìn)行各種變更。此外，附圖為示意性的圖，各尺寸的比例等與實際物體不同。具體尺寸等應(yīng)參考斟酌以下的說明進(jìn)行判斷。此外，當(dāng)然，在附圖之間也含有相互的尺寸關(guān)系和/或比例不同的部分。
[0047][短路元件]
[0048][第I實施方式]
[0049]如圖1(A)、(B)所示，應(yīng)用了本發(fā)明的短路元件I具備:絕緣基板10;發(fā)熱體17;在絕緣基板10的正面1a側(cè)相互鄰近地設(shè)置的第I電極11以及第2電極12;與第I電極11鄰近地設(shè)置的第3電極13;與第2電極12鄰近地設(shè)置的第4電極14;從第I電極11橫跨到第3電極13而被安裝，利用由發(fā)熱體17進(jìn)行的加熱在第I電極11和第3電極13之間熔斷的第I可熔導(dǎo)體21;從第2電極12橫跨到第4電極14而被安裝