[发明专利]一种自熔断单元及其应用的保护元件

说明书

本发明涉及一种用于保护器件的自熔断单元，为导电鞘芯结构，电阻率为1.5‑40μΩ.cm，其中，鞘芯结构包括内芯和外鞘，外鞘材料与内芯材料表面接触并全面包覆于内芯材料，内芯材料的表面与外鞘材料相接触，外鞘材料的熔点和电导率高于内芯材料的外围，用于抑制内芯材料熔胀和熔融流出。本发明不但能够满足元件中大电流通流需求，此外在回流焊贴装时，高熔点外鞘材料能够锁定内芯材料，确保自熔断单元过回流焊完好，无熔断、收缩、内芯材料熔融外流等现象。采用本发明的保护元件，具有高电导率特性，与同尺寸的保护元件比较，其额定电流载荷大幅提到，较低熔点特性能够迅速熔断。

技术领域

本发明属于电路保护技术领域，具体涉及一种自熔断单元及其应用的保护元件。

背景技术

锂离子充电电池在手机、笔记本、平板电脑、数码相机等便携式移动设备中已得到大量地应用，并且正在越来越多地应用到储能电池、两轮车电池、无人机、扫地机等诸多新的领域中。其具有诸多优越性能的同时，却依然有着一旦充放电管理不当，就可能会起火燃烧、爆炸等缺点，特别是在电动车上应用时，因为其使用锂离子电池的数量或体积非常巨大，一旦发生燃烧或爆炸，甚至会有危及到生命的危险。

为确保用户及电子设备的安全，目前广泛对锂离子电池应用保护电路，具有在既定的情况下将电池组的输出截断的功能。保护方式有PTC、Breaker、SMD Fuse、温度保险丝、IC加MOSFET、自控型保护元件等多种。在诸多保护方式中，广泛使用由铅、锡、银、铜、锡、铋、铟、金、铝、镍、锌等低熔点金属体所构成的熔断单元（fuse），比如：传统的一次性过流熔断器主要是在玻璃或陶瓷管内放置金属体熔断单元而形成；之后发展出的自控型保护元件中也包括有金属体熔断单元。

近年发展的自控型保护元件，当过流发生时，大量的电流流经熔断单元会使得熔断单元发热而熔断，进而达到过流保护作用；除此之外，当过压发生时，电流通过自控型保护元件中的发热元件，使得发热元件产生热量以熔断该熔断单元，进而使电池的电路呈断路的状态而达到过压保护；其集过流保护、过压保护、过温保护等多种保护功能于一身，同时还具有体积小、回流焊工艺片式贴装等特点。

目前市场上的保护方式采用的熔断单元（fuse），一部分应用在小电流保护领域，其特点是熔断单元的内阻大、熔点低，但多采用波峰焊、插件形式；一部分应用在大电流领域，其特点是熔断单元的内阻低，多采用贴片回流焊形式，但熔点高。

然而，大电流、高电压、高串数锂电池组广泛使用，所以市场对自控型保护元件提出更高需求，其核心在于急需一种内阻小，但熔点低通过能够耐受回流焊工艺的熔断单元，满足贴装使用。

新能源汽车近几年来越来越受到世界各国的重点关注，为了鼓励新能源汽车产业的发展，美国、法国、德国、日本等各国政府纷纷出台优惠政策刺激民众购买新能源汽车。同时基于燃油汽车污染的考虑，各国已经陆陆续续出台限制燃油车生产的政策，特别是像特斯拉这种完全使用锂离子电池作为动力来源的电动汽车受到市场追捧。基于锂离子电池在汽车、电动车、电动工具、无人机等的大量使用，需要开发能承受高电压、大电流的专用保护元件。

例如像特斯拉电动汽车动力电源构成为多个18650电池串联形成电池包，多个电池包并联形成电池组，电池组串联形成电池板。其每个单节电池都连接保险丝进行保护，另外，每个电池包与电池组以及总成电池板都有独立的保险丝保护。因为其串并联方式导致电池包、电池组、电池板的输出大电压与大电流，所以需要能承受高电压、大电流的自控制保护元件。

目前自控制保护元件，多采用熔点300℃左右的含铅及其合金焊料作为熔断单元，因其具有防止保护元件后续回流焊工艺中发生高温熔断，同时具有在镍、金或镍、铂或银、铂等金属层表面较强附着的熔断润湿性能。然而，伴随着电子设备的小型化，为了能够在有限尺寸下提高额定电流，常规的含铅及其合金焊料的高电阻率难以满足需求。

发明内容

针对上述缺陷，本发明的目的在于，提供一种自熔断单元，满足小尺寸要求。