CN106356170B - 过电流保护元件 - Google Patents

Abstract

本发明公开一种过电流保护元件，包括PTC元件和用以加热PTC元件的加热件，所述PTC元件的材料包含高分子聚合物及散布于高分子聚合物中的金属或导电陶瓷填料。该PTC元件的体积电阻值小于0.1Ω‑cm。过电流保护元件符合关系式It(加热)<Ih(60℃)×10％，其中Ih(60℃)是该过电流保护元件于60℃加热件未被启动时的维持电流，It(加热)是该过电流保护元件于加热件启动加热后的触发电流。该PTC元件具有高的维持电流，使电池可以被高电流快速充电。当在特定条件下，该加热件可加热该PTC元件，降低该低体积电阻PTC元件的维持电流，从而使该PTC元件在极小电流下被触发。

Description

过电流保护元件

技术领域

本发明设计一种过电流保护元件，尤其涉及一种通过触发(trip)正温度系数(Positive Temperature Coefficient；PTC)元件来提供保护的过电流保护元件。

背景技术

过电流保护元件被用于保护电路，使其免于因过热或流经过量电流而损坏。过电流保护元件通常包含两电极及位于两电极间的电阻材料。此电阻材料具PTC特性，亦即在室温时具低电阻值，而当温度上升至一临界温度或电路上有过量电流产生时，其电阻值可立刻跳升数千倍以上，藉此抑制过量电流通过，以达到电路保护的目的。当温度降回室温后或电路上不再有过电流的状况时，过电流保护元件可回复至低电阻状态，而使电路重新正常操作。此种可重复使用的优点，使PTC过电流保护元件取代保险丝，而被更广泛运用在高密度电子电路上。

一般而言，PTC导电复合材料由一结晶性高分子聚合物及导电填料所组成，该导电填料均匀分散于该高分子聚合物之中。该高分子聚合物一般为聚烯烃类聚合物，例如：聚乙烯，而导电填料一般为碳黑。然而，碳黑所能提供的导电度较低，而不符近年来应用上低阻值的需求。因此，使用具有较低体积电阻值的金属或导电陶瓷填料的PTC导电复合材料可提供相较于碳黑更低的阻值，因而发展出低体积电阻(low rho)的过电流保护元件。

在电池的快速充电应用上，该PTC元件须在常温至60℃具有高的维持电流(holdcurrent)，使电池温度即便达到60℃，仍然可以允许高电流充电，达到快速充电的目的，例如一般普通充电需要一小时充电的时间，可以因快速充电而缩短至20分钟内完成充电动作。另外，必须符合特定安全规范要求，当电池发生过充电，瞬间电压改变，过电压发生，或是温度过高的情况时，PTC元件必须能快速截断充电电流，达到保护的功能。也要符合在80℃的环境温度下必须于施加电流8A以下于60秒内触发的规范，用以及时对相关电路或装置提供过电流保护。然而，低体积电阻的过电流保护元件在某一特定温度(例如80℃)时，因该特定温度对应的维持电流仍高(相较于使用碳黑作为导电填料者)，使得过电流保护元件不易触发，而无法通过前述产品规范的要求。

发明内容

为了解决上述低体积电阻过电流保护元件于特定温度不易触发的问题，本发明公开了一种过电流保护元件，利用于同一元件内嵌加热件的设计，可加速其中低体积电阻的PTC元件产生触发，从而有效提供过电流保护。

根据本发明一实施例的过电流保护元件，其包括至少一PTC元件和至少一加热件。所述PTC元件的材料包含高分子聚合物及散布于高分子聚合物中的金属或导电陶瓷填料，该PTC元件的体积电阻值小于0.1Ω-cm。该加热件可用于加热该PTC元件。其中，过电流保护元件的特性符合关系式It(加热)&lt;Ih(60℃)×10％。Ih(60℃)是该过电流保护元件于60℃加热件未被启动时的维持电流，It(加热)是该过电流保护元件于加热件启动加热后的触发电流。

一实施例中，该加热件通过加热该PTC元件，降低该PTC元件的维持电流，从而引导触发。

一实施例中，该加热件的电阻大到足以于80℃的环境温度下，使得该过电流保护元件于施加电流8A的情况下于60秒内触发。

一实施例中，该加热件的电阻大于等于0.1Ω。

一实施例中，该加热件包含串联的2个电阻器。

一实施例中，该PTC元件中高分子聚合物的熔点大于150℃。

一实施例中，该加热件为陶瓷PTC加热件、高分子PTC加热件或传统的电阻器(resistor)加热件。

一实施例中，该高分子PTC加热件中高分子聚合物的熔点大于150℃。

一实施例中，该高分子PTC加热件中使用碳黑作为导电填料。

一实施例中，过电流保护元件的至少一加热件设置于2个PTC元件之间，且该2个PTC元件并联连接。

一实施例中，该PTC元件的两端电气连接至第一电极和第二电极，该加热件的两端电气连接至第三电极和第四电极，其中第一电极至第四电极位于过电流保护元件的下表面，作为表面粘着的介面。

一实施例中，该PTC元件的两端电气连接至第一电极和第二电极，该加热件的两端电气连接至该第二电极和第三电极，其中第一电极至第三电极位于过电流保护元件的下表面，作为表面粘着的介面。一实施例中，该PTC元件包含一PTC材料层、位于PTC材料层上表面的第一金属箔和位于PTC材料层下表面的第二金属箔，该加热件包含发热层、位于该发热层上表面的第一导电层和位于该发热层下表面的第二导电层。

根据此PTC元件和加热件的结构设计，一实施例中，该过电流保护元件还包括第一电极、第二电极以及第三电极，该第一电极电气连接该第一金属箔，该第二电极电气连接该第二金属箔及该第一导电层，该第三电极电气连接该第二导电层。该第一电极、该第二电极和该第三电极位于该过电流保护元件下表面，作为表面粘着的介面。

一实施例中，该过电流保护元件还包括第一导电连接件、第二导电连接件以及至少一导电通孔，该第一导电连接件沿垂直方向延伸，连接第一电极和第一金属箔，第二导电连接件沿垂直方向延伸，连接第二电极、第二金属箔及第一导电层。至少一导电通孔沿垂直方向延伸，连接第三电极和第二导电层。其中第一导电层和第二导电层两者与第一导电连接件间有隔离。

另一实施例中，该过电流保护元件还包括第一电极、第二电极、第三电极以及第四电极，该第一电极电气连接该第一金属箔，第二电极电气连接该第二金属箔，第三电极电气连接该第一导电层，以及第四电极电气连接该第二导电层。其中该第一电极、该第二电极、该第三电极和该第四电极位于该过电流保护元件下表面，作为表面粘着的介面。

一实施例中，该过电流保护元件还包括第一导电连接件、第二导电连接件、第三导电连接件以及第四导电连接件，该第一导电连接件沿垂直方向延伸，连接第一电极和第一金属箔。第二导电连接件沿垂直方向延伸，连接第二电极和第二金属箔。第三导电连接件沿垂直方向延伸，连接第三电极和第一导电层。第四导电连接件沿垂直方向延伸，连接第四电极和第二导电层。其中第一导电层和第二导电层与第一导电连接件和第二导电连接件间有隔离。

一实施例中，该PTC元件包含一PTC材料层、位于PTC材料层表面的第一金属箔和位于PTC材料层下表面的第二金属箔，该加热件包含发热层、位于该发热层上表面的第一导电层和位于该发热层下表面的第二导电层和第三导电层。

根据此PTC元件和加热件的结构设计，一实施例中，该过电流保护元件还包括第一电极、第二电极、第三电极以及第四电极，该第一电极电气连接该第一金属箔，第二电极电气连接该第二金属箔，第三电极电气连接该第二导电层，以及第四电极电气连接该第三导电层。其中该第一电极、该第二电极、该第三电极和该第四电极位于该过电流保护元件下表面，作为表面粘着的介面。

一实施例中，该过电流保护元件还包括第一导电连接件、第二导电连接件、至少一第一导电通孔以及至少一第二导电通孔，该第一导电连接件沿垂直方向延伸，连接第一电极和第一金属箔；第二导电连接件沿垂直方向延伸，连接第二电极和第二金属箔；至少一第一导电通孔沿垂直方向延伸，连接第三电极和第二导电层；以及至少一第二导电通孔沿垂直方向延伸，连接第四电极和第三导电层。其中第二导电层和第三导电层间有隔离，第一导电层至第三导电层与第一导电连接件和第二导电连接件间有隔离。

本发明的过电流保护元件在特定温度下(例如60℃)仍具有高维持电流，亦即允许利用高电流达到快速充电的效果。当线路中电压降或环境温度达到一特定值时，启动加热件加热该PTC元件，藉此可降低PTC元件的维持电流，进而引导或加速PTC元件触发，特别适用于低体积电阻过电流保护元件的应用，可同时达到低体积电阻、高维持电流以及施加8A电流下必须于60秒内触发的安规要求。

附图说明

图1A～1C显示本发明第一实施例的过电流保护元件的结构示意图。

图1D显示本发明第一实施例的过电流保护元件的电路示意图。

图2A～2D显示本发明第二实施例的过电流保护元件的结构示意图。

图2E显示本发明第二实施例的过电流保护元件的电路示意图。

图3A～3C显示本发明第三实施例的过电流保护元件的结构示意图。

图3D显示本发明第三实施例的过电流保护元件的电路示意图。

图4A～4C显示本发明第四实施例的过电流保护元件的结构示意图。

图4D显示本发明第四实施例的过电流保护元件的电路示意图。

附图标记说明：

10、30、60、100 过电流保护元件

11、31、61、101、111 PTC元件

12、32、62、102、108 第一金属箔

13、33、63、103、109 PTC材料层

14、34、64、104 第二金属箔

15、35、65、106 第一导电层

16、36、66 第二导电层

17、37、67、107 发热层

18、19、20、38、39、40、68、69、70 绝缘层

21、41、71、105 加热件

22、42、72、115 第一电极

23、43、73、116 第二电极

24、44、74、121 第一导电连接件

25、45、75、122 第二导电连接件

26、46、76、131 第三电极

27 导电通孔

28、48、78、117 防焊层

29、50、80、118 防焊层

36’ 第三导电层

42’、43’、72’、73’ 电极

47 第一导电通孔

47’ 第二导电通孔

49、79 第四电极

81 第三导电连接件

82 第四导电连接件

91 侦测器

92 开关

112、113、114 绝缘层

123 第三导电连接件

具体实施方式

为让本发明的上述和其他技术内容、特征和优点能更明显易懂，下文特举出相关实施例，并配合说明书附图，作详细说明如下。

图1A和1B显示本发明第一实施例的过电流保护元件10，其实质上为六面体的过电流保护元件，可作为表面粘着元件。图1A为过电流保护元件10的横向示意图，用以说明元件的基本结构和导电路径。过电流保护元件10包含沿水平向延伸的导电层、绝缘层和PTC材料层形成的层叠结构，并搭配垂直向的导电连接件设计出所需的电路结构。为求清楚说明所构成的电路，将分解后的过电流保护元件10中的上、下表面和各导电层如图1B所示，其中阴影部分代表为缺口设计，亦即将于电路制作时被蚀刻掉，以作为隔离之用。过电流保护元件10的核心设计包含至少一PTC元件11和至少一加热件21，且较佳地为该PTC元件11和加热件21构成的层叠结构。PTC元件11包含PTC材料层13、位于PTC材料层13上表面的第一金属箔12和位于PTC材料层13下表面的第二金属箔14。加热件21可为陶瓷PTC加热件或高分子PTC加热件，也可以使用具有适当电阻值的传统电阻器加热件。一实施例中，加热件21的电阻大于0.1Ω或0.2Ω。一实施例中，加热件21包含发热层17和位于其上下表面的第一导电层15和第二导电层16。PTC元件11和加热件21的上下和两者之间设有绝缘层18、19和20，其可为预浸玻纤树脂(prepreg)，或其他绝缘材料。上方的绝缘层18表面设有防焊层28，下方的绝缘层20的下表面设有第一电极22、第二电极23及第三电极26。第三电极26设置于第一电极22和第二电极23之间，并利用沟槽进行隔离。PTC元件11的第一金属箔12利用第一导电连接件24连接至第一电极22，形成电气导通。第二金属箔14利用沿垂直方向延伸的第二导电连接件25连接至第二电极23，形成电气导通。一实施例中，第一导电连接件24和第二导电连接件25可先用例如机械钻孔形成半圆通孔，再利用如电镀方式形成导电膜于半圆通孔表面而成。发热层17上方的第一导电层15同样利用第二导电连接件25连接至第二电极23，下方的第二导电层16利用导电通孔27电气连接至第三电极26。

PTC材料层13包含高分子聚合物及散布于其中的金属或导电陶瓷填料，而具有低体积电阻特性。因PTC材料层13采用较低体积电阻的导电填料，PTC元件11的体积电阻值可小于0.1Ω-cm，或甚至小于0.05Ω-cm，属本领域中低体积电阻(low rho)的PTC元件11。PTC材料层13中的高分子聚合物可包含聚烯经类聚合物，例如高密度聚乙烯(HDPE)、低密度聚乙烯(LDPE)。高分子聚合物亦可全部或局部使用熔点大于150℃的高熔点结晶性高分子聚合物材料，例如：聚偏氟乙烯PVDF(polyvinylidene fluoride)、聚氟乙烯PVF(Polyvinylfluoride)、聚四氟乙烯PTFE(polytetrafluoroethylene)、聚三氟氯乙烯PCTFE(polychlorotrifluoro-ethylene)，提高PTC材料层13的熔点，而得以应用于高温场合。金属或导电陶瓷填料包含例如镍、钴、铜、铁、锡、铅、银、金、铂、碳化钛、碳化钨、碳化钒、碳化锆、碳化铌、碳化钽、碳化钼、碳化铪、硼化钛、硼化钒、硼化锆、硼化铌、硼化钼、硼化铪、氮化锆或前述材料的混合物、合金、固溶体或核壳体。

一实施例中，若加热件21为高分子PTC，其中的高分子聚合物可选用熔点大于150℃的材料，以适应高温应用场合，例如使用聚偏氟乙烯(PVDF)、聚氟乙烯PVF、聚四氟乙烯PTFE、聚三氟氯乙烯PCTFE等，以提供高温应用所需。较佳地，该加热件21的体积电阻值大于PTC元件11的体积电阻值(例如选用碳黑作为加热件21中的导电填料)，如此当过电压或过温发生时，感压或感温侦测器侦测到后即启动开关允许电流流过加热件21，加热件21因具有较高电阻值，故可迅速发热而有效加热PTC元件。本发明因应快速发热的需求，可在80℃的环境温度下，使得该过电流保护元件10于施加电流8A的情况下于60秒内触发。

一实施例中，可于过电流保护元件10的下表面设置防焊层29，覆盖部分的第三电极26，但露出第一电极22、第二电极23和部分的第三电极26，如图1C所示。未被防焊层29覆盖的第一电极22、第二电极23和部分的第三电极26作为过电流保护元件10表面粘着至电路板的介面。

上述过电流保护元件10的电路如图1D所示。PTC元件11的两端分别连接第一电极22和第二电极23，加热件21两端连接第二电极23和第三电极26。本实施例中，PTC元件11和加热件21的一端共用第二电极23。一实施例中，第三电极26可连接一开关92(例如场效晶体管FET)，该开关92另一端连接侦测器91，以接受其侦测信号。当侦测器感91应到线路中电压降(voltage drop)或温度达到一特定值时，该开关92导通允许电流流经该加热件21，从而对PTC元件11进行加热。图1D中电路端点A1和A2可连接被保护的电路或装置，端点B1和B2则可连接至电源端，例如电池。一实施例中，该侦测器91可侦测电路中的压降(voltage drop)或温度，若压降或温度达到或大于预设值，开关92转换成导通(on)，允许电流通过加热件21而加热PTC元件11，从而降低该PTC元件11的维持电流，进而触发该PTC元件11。

因低体积电阻的过电流保护元件在特定温度(例如80℃)的维持电流仍高，因而不易触发。根据本发明的设计，加热件21可对于PTC元件11增温，加快其触发效能，而得以通过于80℃环境温度下8A/60秒内触发的规范要求。

图2A和2B显示本发明第二实施例的过电流保护元件30，其实质上为六面体的表面粘着型过电流保护元件。图2A为过电流保护元件30的横向示意图，图2B为过电流保护元件30的侧向示意图，用以说明元件的基本结构和导电路径。过电流保护元件30包含沿水平向延伸的导电层、绝缘层和PTC材料层形成的层叠结构，并搭配垂直向的导电连接件设计出所需的电路结构。为求清楚说明所构成的电路，将分解后的过电流保护元件30中的各导电层如图2C所示，其中阴影部分代表为缺口设计，亦即将部分金属箔于电路制作时被蚀刻掉，以作为隔离之用。过电流保护元件30的核心设计包含PTC元件31和加热件41，PTC元件31包含PTC材料层33、位于PTC材料层33上表面的第一金属箔32和位于PTC材料层33下表面的第二金属箔34，加热件41于本实施例可为PTC型式或其他型式的加热件，其中包含发热层37和位于其上表面的第一导电层35和位于其下表面的第二导电层36和第三导电层36’。PTC元件31和加热件41上下和其间设有绝缘层38、39和40，其可为预浸玻纤树脂(prepreg)，或其他绝缘材料。防焊层48设于绝缘层38表面。下方的绝缘层40的下表面设有第一电极42、第二电极43、第三电极46和第四电极49。第三电极46和第四电极49设置于第一电极42和第二电极43之间，并利用沟槽进行隔离。另外第三电极46和第四电极49之间也形成隔离。PTC元件31的第一金属箔32利用第一导电连接件44连接至第一电极42，形成电气导通；第二金属箔34利用垂直方向延伸的第二导电连接件45连接至第二电极43，形成电气导通。一实施例中，第一导电连接件44和第二导电连接件45可先用例如机械钻孔形成半圆通孔，再利用如电镀方式形成导电膜于半圆通孔表面而成。发热层37上方的第一导电层35与第一电连接件44及第二导电连接件45间形成隔离，发热层37下方的第二导电层36和第三导电层36’也与第一电连接件44及第二导电连接件45间形成隔离，且第二导电层36和第三导电层36’之间彼此隔离，因此形成自第二导电层36、发热层37、第一导电层35、发热层37至第三导电层36’的电流路径，形成包含2个加热电阻器的电路，亦即本实施例中，加热件41包含2个串联的电阻器，可进一步提升加热件41的发热效率。第二导电层36利用第一导电通孔47连接至第三电极46，而第三导电层36’利用第二导电通孔47’电气连接至第四电极49。该第一电极42可还包含位于绝缘层38表面的电极42’，第二电极43可还包含位于绝缘层38表面的电极43’，防焊层48位于电极42’和43’之间。

一实施例中，可使用防焊层50覆盖第一电极至第四电极42、43、46和49间的隔离部分，但仍需露出第一电极至第四电极42、43、46和49作为表面粘着于电路板的介面以形成导电路径，如图2D所示。

本发明的第二实施例的过电流保护元件30的等效电路图如图2E所示。本实施例中，加热件41包含2个串联的电阻器，可提高加热效率。类似于图1D，本实施例中加热件41亦可连接至开关以根据侦测器所测得的电压降或温度，以决定通过电流启动加热件41，以对PTC元件31加热进而触发。

图3A和3B显示本发明第三实施例的过电流保护元件60，其实质上为六面体的表面粘着型过电流保护元件。图3A为过电流保护元件60的横向剖面示意图，图3B为过电流保护元件60的侧向剖面示意图。用以说明元件的基本结构和导电路径。过电流保护元件60包含沿水平向延伸的导电层、绝缘层和PTC材料层形成的层叠结构，并搭配垂直向的导电连接件设计出所需的电路结构。为求清楚说明所构成的电路，将分解后的过电流保护元件60中的各导电层显示如图3C，其中阴影部分代表为缺口设计，亦即将于电路制作时被蚀刻掉，以作为隔离之用。过电流保护元件60的核心设计包含PTC元件61和加热件71，PTC元件61包含PTC材料层63和位于PTC材料层63上下表面的第一金属箔62和第二金属箔64，加热件71于本实施例可为PTC型式的加热件，其中包含发热层67和位于其上表面的第一导电层65和位于下表面的第二导电层66。PTC元件61和加热件71上下和其间设有绝缘层68、69和70，其可为预浸玻纤树脂(prepreg)，或其他适合的绝缘材料。防焊层78设于绝缘层68表面。下方的绝缘层70的下表面设有第一电极72、第二电极73、第三电极76和第四电极79。第三电极76和第四电极79设置于第一电极72和第二电极73之间，并利用沟槽进行隔离。另外第三电极76和第四电极79之间也形成隔离。PTC元件61的第一金属箔62利用第一导电连接件74连接至第一电极72，形成电气导通；第二金属箔64利用垂直方向延伸的第二导电连接件75连接至第二电极73，形成电气导通。发热层67上方的第一导电层65利用第三导电连接件81连接第三电极76，下方的第二导电层66利用第四导电连接件82连接第四电极79。第一导电层65和第四导电连接件82间有隔离，且第二导电层66与第三导电连接件81间有隔离。根据如此设计，连接第三电极76和第四电极79的电源，会使得电流流经发热层67，也就是电路包含1个电阻器。一实施例中，第一至第四导电连接件74、75、81和82可为表面镀有导电膜的半圆通孔。第一电极72可还包含位于绝缘层68表面的电极72’，第二电极73可还包含位于绝缘层68表面的电极73’，防焊层78位于电极72’和73’之间。防焊层80设置于元件下表面，但露出第一电极至第四电极72、73、76和79，作为连接至电路板的导电介面。

上述第三实施例的过电流保护元件60的等效电路图如图3D所示，加热件71可对于PTC元件61进行加热，而加热件71为包含1个电阻器的设计。类似于图1D，本实施例中加热件71亦可连接至开关以根据侦测器所测得的电压降或温度，以允许电流通过启动加热件71，从以对PTC元件61加热进而触发。

图4A至4C显示本发明第四实施例的过电流保护元件示意图，其中并联2个PTC元件，以进一步降低过电流保护元件的整体电阻值。图4A为过电流保护元件100的上视图，图4B和4C则分别为图4A中沿1-1和2-2的剖面示意图。图4D为过电流保护元件100的等效电路图。过电流保护元件100为包含2个PTC元件以及1个加热件的层叠式结构，其中包含PTC元件101、PTC元件111以及设置于该PTC元件101和111之间的加热件105。该加热件105因位于该PTC元件101和111之间，可同时对该2个PTC元件101和111进行加热作用。PTC元件101包含PTC材料层103和位于其上表面的第一金属箔102以及位于其下表面的第二金属箔104。另一PTC元件111包含PTC材料层109、位于PTC材料层109上表面的第一金属箔108以及位于PTC材料层109下表面的第二金属箔110。绝缘层112位于PTC元件101上表面，绝缘层113位于PTC元件101和加热件105之间，以及绝缘层114位于PTC元件111的下表面，作为其间的隔离。PTC材料层103和109中的导电填料采用如前述实施例所提及的低体积电阻值的导电填料，以提供元件的低阻值需求。加热件105可为电阻器，其中一实施例为PTC电阻器，例如使用碳黑作为导电填料的高分子PTC电阻器，其包含第一导电层106、第一金属箔108以及设置于其间的发热层107。因为使用碳黑作为导电填料使得其电阻相较于PTC元件101和111为高，通电后可有效产生热，以同时对于PTC元件101和111进行加热。本实施例中，下方PTC元件111的第一金属箔108即作为加热件105下方的第二导电层，也就是为两者所共用的电极。PTC元件101的第二金属箔104和PTC元件111的第二金属箔110利用垂直方向的第一导电连接件(例如镀导电膜的半圆孔)121连接位于元件上下表面的第一电极115，形成电气导通。类似地，PTC元件101的第一金属箔102和PTC元件111的第一金属箔108利用垂直方向的第二导电连接件122连接位于元件上下表面的第一电极116，形成电气导通。据此，形成PTC元件101和111的并联结构。加热件105的第一导电层106通过第三导电连接件123连接至位于元件上下表面的第三电极131。位于上下表面的第一电极115、第二电极116和第三电极131之间的绝缘层112和114表面分别覆盖防焊层117和118。如图4D所示的电路图，本实施例的过电流保护元件100并联2个PTC元件101和111，而仅使用一个加热件105，在元件不致于过厚的情况下，可进一步降低元件的电阻值。

以下针对本发明的过电流保护元件的测试结果，各实施例1～6中包含单层PTC元件(如第一实施例)和两个PTC元件(如第四实施例)的结构，且有不同的尺寸大小。测试的数据包含PTC元件的综合初始电阻值Ri(PTC)、加热件的初始电阻值Ri(加热件)、加热件于施加电压6V和电流1A条件下的表面温度(℃)、在60℃下加热件未被启动时的维持电流值Ih(hold current，单位A)以及加热件启动加热后的触发电流It(trip current，单位A)。另外，比较例1和2显示未包含加热件的过电流保护元件进行测试的结果，作为与实施例1～6的比较之用。实施例1～6中，PTC元件中使用碳化钛(也可选择常用的碳化钨或镍金属粉)作为导电填料，加热件则选用碳黑，各实施例的成分比例相同。比较例1和2选用和实施例1～6相同的PTC元件材料，但没有加热件的设计。

[表1]

实施例1～3为面积分别为12、17.28和47.5mm²的元件，且包含1个PTC元件的过电流保护元件，实施例4～6为面积分别为12、17.28和47.5mm²的元件，且包含2个并联PTC元件的过电流保护元件。实施例4-6因为并联2个PTC元件的关系，其PTC元件的综合电阻值Ri(PTC)大约为同面积的实施例1～3的一半左右，可得到较低的电阻值元件。实施例1～6中，加热件的电阻约为0.1～0.6Ω，远大于PTC的电阻0.0008～0.006Ω，约大于50倍或70倍以上。在加热件施加6V/1A情况下，其表面温度可达80℃至110℃，显然加热件足以在启动加热后，有效加热邻近的PTC元件。实施例1～6显示，在60℃下加热件未被启动时的维持电流值Ih约在4～10A，仍具有相当大的维持电流，故在电池快速充电的应用下，电池温度即便达到60℃，仍然可以允许以高电流充电，达到快速充电的目的。然而一但加热件启动后，仅需要0.1A～0.3A的微小电流，即可触发过电流保护元件。相对地，没有加热机制的比较例1和2，过电流保护元件需要3A的电流才得以触发。综上所述，本发明的过电流保护元件的特性符合关系式It(加热)&lt;Ih(60℃)×10％，其中Ih(60℃)是该过电流保护元件于60℃加热件未被启动时的维持电流，It(加热)是该过电流保护元件于加热件启动加热后的触发电流。也就是说，本发明的过电流保护元件能在特定高温下具有高维持电流，且仅需要很小的电流即可触发而得以有效提供过电流保护(It(加热)小于Ih(60℃)的0.1倍)。反观比较例1和2，其It(加热)约为Ih(60℃)的0.4～0.6倍左右，显然其需要较大的电流才能产生触发，而无法及时提供过电流保护。根据表1，实施例1～6亦符合It(加热)&lt;Ih(60℃)×8％或甚至符合It(加热)&lt;Ih(60℃)×5％的关系。

鉴于低体积电阻PTC元件于高温时仍有较高的维持电流，因而不易触发，本发明于特定状况下利用加热件加热该PTC元件，可降低PTC元件的维持电流，进而引导或加速触发，而得以解决低体积电阻PTC元件不易触发的问题，可同时达到低体积电阻、高维持电流以及符合在80℃施加8A电流下必须于60秒内触发的过电流保护元件要求。

本发明的技术内容及技术特点已公开如上，然而本领域技术人员仍可能基于本发明的教示及公开而作种种不背离本发明精神的替换及修饰。因此，本发明的保护范围应不限于实施例所公开者，而应包括各种不背离本发明的替换及修饰，并为以下的权利要求所涵盖。

Claims (16)

1.一种过电流保护元件，其特征在于，包括：

至少一PTC元件，包含高分子聚合物及散布于其中的金属或导电陶瓷填料，该PTC元件的体积电阻值小于0.1Ω-cm；以及

至少一加热件，用以加热该PTC元件；

其中，该PTC元件的两端电气连接至第一电极和第二电极，该加热件的两端电气连接至该第二电极和第三电极，该第一电极至第三电极位于过电流保护元件的下表面，作为表面粘着的介面；

其中，过电流保护元件的特性符合关系式It(加热)&lt;Ih(60℃)×10％，Ih(60℃)是该过电流保护元件于60℃加热件未被启动时的维持电流，It(加热)是该过电流保护元件于加热件启动加热后的触发电流。

2.根据权利要求1所述的过电流保护元件，其特征在于，该加热件通过加热该PTC元件，降低该PTC元件的维持电流，从而引导触发。

3.根据权利要求1所述的过电流保护元件，其特征在于，该加热件的电阻大到足以于80℃的环境温度下，使得该过电流保护元件于施加电流8A的情况下于60秒内触发。

4.根据权利要求1所述的过电流保护元件，其特征在于，该加热件的电阻大于等于0.1Ω。

5.根据权利要求1所述的过电流保护元件，其特征在于，该加热件包含串联的2个电阻器。

6.根据权利要求1所述的过电流保护元件，其特征在于，该PTC元件中高分子聚合物的熔点大于150℃。

7.根据权利要求1所述的过电流保护元件，其特征在于，该加热件为陶瓷PTC加热件、高分子PTC加热件或电阻器加热件。

8.根据权利要求7所述的过电流保护元件，其特征在于，该高分子PTC加热件中高分子聚合物的熔点大于150℃。

9.根据权利要求7所述的过电流保护元件，其特征在于，该高分子PTC加热件中使用碳黑作为导电填料。

10.根据权利要求1所述的过电流保护元件，其特征在于，该至少一加热件设置于2个PTC元件之间，且该2个PTC元件并联连接。

11.根据权利要求1所述的过电流保护元件，其特征在于，该PTC元件包含一PTC材料层、位于该PTC材料层上表面的第一金属箔和位于该PTC材料层下表面的第二金属箔，该加热件包含发热层、位于该发热层上表面的第一导电层和位于该发热层下表面的第二导电层。

12.根据权利要求11所述的过电流保护元件，其特征在于，

该第一电极电气连接该第一金属箔；

该第二电极电气连接该第二金属箔及该第一导电层；以及

该第三电极电气连接该第二导电层。

13.根据权利要求12所述的过电流保护元件，其特征在于，还包含：

一第一导电连接件，沿垂直方向延伸，连接该第一电极和该第一金属箔；

一第二导电连接件，沿垂直方向延伸，连接该第二电极、该第二金属箔及该第一导电层；以及

至少一导电通孔，沿垂直方向延伸，连接该第三电极和该第二导电层；

其中该第一导电层和该第二导电层两者与该第一导电连接件间有隔离。

14.一种过电流保护元件，其特征在于，包括：

至少一PTC元件，包含高分子聚合物及散布于其中的金属或导电陶瓷填料，该PTC元件的体积电阻值小于0.1Ω-cm；

至少一加热件，用以加热该PTC元件；

第一电极、第二电极、第三电极和第四电极位于该过电流保护元件下表面，作为表面粘着的介面；

一第一导电连接件，沿垂直方向延伸，连接该第一电极和第一金属箔；

一第二导电连接件，沿垂直方向延伸，连接该第二电极和第二金属箔；

一第三导电连接件，沿垂直方向延伸，连接该第三电极和第一导电层；以及

一第四导电连接件，沿垂直方向延伸，连接该第四电极和第二导电层；

其中，该PTC元件包含一PTC材料层、位于该PTC材料层上表面的该第一金属箔和位于该PTC材料层下表面的该第二金属箔，该加热件包含发热层、位于该发热层上表面的该第一导电层和位于该发热层下表面的该第二导电层；

其中，该第一电极电气连接该第一金属箔，第二电极电气连接该第二金属箔，第三电极电气连接该第一导电层，第四电极电气连接该第二导电层；

其中，过电流保护元件的特性符合关系式It(加热)&lt;Ih(60℃)×10％，Ih(60℃)是该过电流保护元件于60℃加热件未被启动时的维持电流，It(加热)是该过电流保护元件于加热件启动加热后的触发电流；

其中该第一导电层和该第二导电层与该第一导电连接件和该第二导电连接件间有隔离。

15.一种过电流保护元件，其特征在于，包括：

至少一PTC元件，包含高分子聚合物及散布于其中的金属或导电陶瓷填料，该PTC元件的体积电阻值小于0.1Ω-cm；

至少一加热件，用以加热该PTC元件；

第一电极、第二电极、第三电极和第四电极位于该过电流保护元件下表面，作为表面粘着的介面；

该PTC元件包含一PTC材料层、位于PTC材料层上表面的第一金属箔和位于该PTC材料层下表面的第二金属箔，该加热件包含发热层、位于该发热层上表面的第一导电层以及位于该发热层下表面的第二导电层和第三导电层；

其中，该第一电极电气连接该第一金属箔，第二电极电气连接该第二金属箔，第三电极电气连接该第二导电层，第四电极电气连接该第三导电层；

其中，过电流保护元件的特性符合关系式It(加热)&lt;Ih(60℃)×10％，Ih(60℃)是该过电流保护元件于60℃加热件未被启动时的维持电流，It(加热)是该过电流保护元件于加热件启动加热后的触发电流。

16.根据权利要求15所述的过电流保护元件，其特征在于，还包含：

一第一导电连接件，沿垂直方向延伸，连接该第一电极和该第一金属箔；

一第二导电连接件，沿垂直方向延伸，连接该第二电极和该第二金属箔；

至少一第一导电通孔，沿垂直方向延伸，连接该第三电极和该第二导电层；以及

至少一第二导电通孔，沿垂直方向延伸，连接该第四电极和该第三导电层；

其中该第二导电层和该第三导电层间有隔离，该第一导电层至该第三导电层与该第一导电连接件和该第二导电连接件间有隔离。