CN109560242A - 保护元件及其电池组 - Google Patents
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Abstract
本发明提出一种保护元件及其电池组，保护元件包括：绝缘基板；多个端电极，配置在绝缘基板上，包含第一端电极与第二端电极；导体，该导体的两端分别经由连接材料电气连接该第一端电极与该第二端电极，以在该第一端电极与该第二端电极之间形成第一双向的电流路径；以及一个或多个截断元件，当连接材料被熔融或被液化时，该截断元件将该第一双向的电流路径断开。
Description
【技术领域】
本发明涉及一种保护元件及其电池组，尤其涉及一种具备过电流或过电压或过温度保护功能的保护元件及其可承受高充放电电流的电池组。
【背景技术】
现有的保护元件，其端电极大都配置于基板上，且将可熔导体配置在端电极上，未来应用于马达相关的瞬间工作电流或额定电流都相当的高，甚至高于40A或60A，设置于基板上的可熔导体的体积，因为工作电流或额定电流的原因而变大，特别是在可熔导体的厚度增厚。当可熔导体被熔断的瞬间，所产生的电弧、高热或高压，可能造成端电极与基板被熔融或断裂。另，可熔导体若要能承受40A或60A以上的工作电流或额定电流，其截面积(厚度与宽度)都必须加大，该可熔导体熔断后分开成两部分的距离，也必须有足够的空间，确保断开后可熔导体的绝缘电阻在安全范围内。现有的保护元件，可熔导体的截面积因额定电流变大而必须加大，当可熔导体被熔断的瞬间，被熔融的可熔导体四处飞溅，造成可熔导体被熔断后绝缘电阻不够高或不足的情况。
【发明内容】
【发明欲解决的问题】
现有技术的保护元件，大都通过可熔导体的熔断，来断开保护元件第一电极与第二电极之间的电流路径，但因保护元件的工作电流或额定电流不断地提升，进而促使可熔导体的体积也不断地增大或厚度的增加，最后终会造成可熔导体的熔断时间太长而无法满足市场的需求或各国的安规的要求。
为了解决上述的问题，本发明不使用熔断可熔导体的方式，来断开保护元件第一电极与第二电极之间的电流路径，而是通过截断元件来加速断开保护元件第一电极与第二电极之间的电流路径，并确保第一电极与第二电极之间的电流路径断开后，保护元件的绝缘电阻在安全范围内。
为了解决上述的问题，本发明提出一种保护元件及其电池组。保护元件包括：绝缘基板；多个端电极，配置在绝缘基板上，包含第一端电极与第二端电极；导体，该导体的两端分别经由连接材料电气连接该第一端电极与该第二端电极，以在该第一端电极与该第二端电极之间形成第一双向的电流路径；以及一个或多个截断元件，当连接材料被熔融或被液化时，该截断元件将该第一双向的电流路径断开。截断元件包含热膨胀元件(材料)、弹性元件(材料)、热变形元件(材料)、收缩元件(材料)、热缩元件(材料)、记忆元件(材料)、磁性元件(材料)等七者中的任一者或其中部分的组合。导体在保护元件动作保护的过程或过电流时，不会熔断。本发明的保护元件适用于额定电流值大于40A的电路保护，最佳的是适用于额定电流值大于60A的电路保护。
本发明提出一种电池组，包括：至少一电池元件；充放电控制电路；上述的保护元件，其中所述保护元件串联连接在所述至少一电池元件与所述充放电控制电路之间以形成至少一充放电电流路径，并且具有断开所述至少一充放电电流路径的能力；以及检测控制电路，用以检测所述至少一电池元件的电压或温度，依据所检测到的电压或温度而输出信号给所述充放电控制电路，其中所述充放电控制电路依据所述信号控制所述至少一充放电电流路径上的充电电流或放电电流的开启与关闭。
本发明提出一种电池组，包括：至少一电池元件；上述的保护元件，其中该保护元件与该至少一电池元件串联连接以形成至少一充放电电流路径，并且具有断开所述至少一充放电电流路径的能力；开关电路，用于控制通过该热产生组件的电流；以及检测控制电路，用以检测该至少一电池元件的电压或温度，依据所检测到的电压或温度而决定该开关电路的状态。
【附图说明】
图1为本发明的一种保护元件888的剖面示意图。
图2为本发明的一种保护元件888的剖面示意图。
图3为本发明的一种保护元件888的剖面示意图。
图4为保护元件888动作后的剖面示意图。
图5为本发明的一种保护元件888a的剖面示意图。
图6为本发明的一种保护元件888a的剖面示意图。
图7为保护元件888a动作后的剖面示意图。
图8为保护元件888a动作后的剖面示意图。
图9为本发明的一种保护元件888的剖面示意图。
图10为本发明的一种保护元件888的剖面示意图。
图11为本发明的一种保护元件888的剖面示意图。
图12为本发明的一种保护元件888的剖面示意图。
图13为本发明的一种保护元件888b的剖面示意图。
图14为本发明的一种保护元件888c的俯视示意图。
图15为本发明的一种保护元件888c的剖面示意图。
图16为本发明的一种保护元件888c的剖面示意图。
图17为本发明的一种保护元件888d的剖面示意图。
图18为本发明的一种保护元件888d1的剖面示意图。
图19为本发明的一种保护元件的等效电路图。
图20为本发明的一种保护元件的等效电路图。
图21为本发明的一种保护元件的等效电路图。
图22为热膨胀元件相关参数的关系图。
图23为本发明的一种电池组588的电路构成的例图。
图24为本发明的一种保护元件888d的剖面示意图。
【具体实施方式】
为使能更进一步了解本发明的特征和技术内容，请参阅以下相关的实施方式的保护元件，并配合所附附图作详细说明如下。另外，凡可能之处，在附图及实施方式中使用相同标号的元件/构件代表相同或类似部分。此外，附图是以示意方式示出，会有各尺寸的比率与实际不同的情形，应参酌以下的说明自行判断。实施方式说明如下：
【第一实施例的保护元件888】
图1、图2以及图3示出为本发明的第一实施例的保护元件888的剖面示意图。图19示出为保护元件888的等效电路图。请同时参考图1、图2、图3以及图19。本实施例的保护元件888包括：绝缘基板10；多个端电极，包含第一端电极11与第二端电极21，配置在绝缘基板10上；导体8，导体8的两端分别经由连接材料〔9(1)、9(2)〕电气连接第一端电极11与第二端电极21，以在第一端电极11与第二端电极21之间形成第一双向的电流路径(Ic、Id)；以及一个(请参考图1)或多个截断元件19(请参考图2)。截断元件19，配置在第一端电极11与第二端电极21之间，或者是，配置于该导体8任一表面的上方或下方或左方或右方或前方或后方。截断元件19的功用为：当连接材料9(1)、9(2)被熔融或液化时，截断元件19开始将导体8推离开第一端电极11或第二端电极21或第一端电极11、第二端电极21，因此，断开第一端电极11与第二端电极21之间的第一双向的电流路径(请参考图4)。
【绝缘基板10】
详细来说，绝缘基板10是可以是单层结构或多层的结构。绝缘基板10的材料种类可包含有机系基板或玻纤环氧基板(如：FR4或FR5)或无机系基板或陶瓷基板等，较佳的是陶瓷基板或低温共烧陶瓷(LTCC)基板，基板的材料包括无机陶瓷材料、低温共烧陶瓷(LTCC)、玻璃陶瓷、玻璃粉、玻纤、环氧树酯、氧化铝、氮化铝、氧化锆、氮化硅、氮化硼、硼硅酸钙、碱石灰、铝硅酸盐、铅硼硅酸以及有机粘结剂等其中之一或其部分组合的合成物或复合物。低温共烧陶瓷(LTCC)基板是将多层的绝缘基板堆叠后，进行锻烧或与绝缘基板内的其他构件共烧。
【多个端电极】
上述第一端电极11、第二端电极21，可分别以铜(Cu)或银(Ag)为主材料，用印刷的方式(或以其他积层的方式)将电极的图案印刷在绝缘基板10上。除此之外，该些端电极(即第一端电极11、第二端电极21)并非一定要以印刷制造所制成，也可以业界熟知的其他制造(如：压合制造)成型，设计者可根据实际应用或设计需求而调整该些端电极的厚度与密度，以降低该些端电极的内阻。本发明所有的端电极的材料包含以金、银、铜、锡、铁、铅、铝、镍、钯、白金等中任一种作为主成份或其部分的组合作为主成分的材料所制成的片状或长条状的金属。另，该些端电极的表面可以镀上一层或多层较不易氧化或较稳定的金属材料，如：镍、锡、铅、铝、镍、金等。如此一来，可避免大电流流经第一端电极11与第二端电极21时产生高温而使第一端电极11与第二端电极21表面氧化。本发明的所有端电极都可采用类似于上述说明的方式来实现。
【导体8以及连接材料9(1)、9(2)】
请参考图1、图2以及图3中导体8的两端分别经由连接材料〔即9(1)、9(2)〕电气连接该第一端电极11与该第二端电极21，以在第一端电极11与第二端电极21之间形成第一双向的电流路径(Ic、Id)。详细来说，导体8可以是任何形状，如图1、图2，导体8是平的长条状。另，如图3，导体8是中间突起的长条状。另，导体8可以是多层结构，具有不同金属的导体层。当然，导体8也可是单层结构，只包含单一金属导体层。导体8的主材料包含以金、银、铜、铝、铁、钴、镍、铜合金等具高熔点与高导电性的金属材料中任一者或其中二者以上组成的合金。导体8的熔点温度高于380℃，适当的熔点温度是高于620℃，较佳的熔点温度选择是介于1000℃～2000℃之间。导体8在保护元件888的使用过程或动作过程中，或者是，流经导体8的电流超过保护元件888的额定电流时，导体8不会因本身发热而发生熔融或熔断的情形。导体8额定电流的高低(或大小)可调整导体8的截面积或选择不同导电率的材料而达成。连接材料包含第一连接材料9(1)与第二连接材料9(2)。第一连接材料9(1)电气连接导体8的一端与第一端电极11。第二连接材料9(2)电气连接导体8的另一端与第二端电极21。连接材料为具有导电性的连接材料，且其熔点或液化点低于导体8的熔点或液化点，例如，业界作为焊料使用的无铅焊料(以锡为主成分)或有铅焊料，其中，第一连接材料9(1)与第二连接材料9(2)的熔点或液化点可以是一样或不一样。第一连接材料9(1)、第二连接材料9(2)的熔点可以等于或接近或高于客户(即保护元件888的使用者)制造中回焊炉的最高温度(目前大约在260℃)。连接材料的熔点或液化点是可以调整的，熔点温度可以是介于200℃～360℃，较佳温度选择是介于230℃～360℃之间。导体8可以具有凸点8x，凸点8x与连接材料9(1)、9(2)可以确保导体8与端电极(即第一端电极11、第二端电极21)之间的电气连接。第一连接材料9(1)、第二连接材料9(2)在保护元件888的动作过程中，或者是，流经导体8与第一连接材料9(1)、第二连接材料9(2)的电流超过保护元件888的额定电流时，第一连接材料9(1)、第二连接材料9(2)两者中的至少一者，会被热熔融或液化(来自导体8本身发热或连接材料9(1)、9(2)本身发热)。本发明的所有导体8以及连接材料都适用上述的说明。
【截断元件19】
请参考图1、图2以及图3所示出，截断元件19可以是一个(请参考图1)或多个(请参考图2)截断元件19。本发明所有实施例中的截断元件19包含热膨胀元件、热变形元件、弹性元件、收缩元件、热收缩元件、记忆元件(如：形状记忆合金)以及磁性元件等七者中的任一者或其中部分的组合。本发明中的截断元件19(如：热膨胀元件、热变形元件、热收缩元件、记忆元件)的技术特征属于会因受热而产生形变或位移的元件，通过膨胀、收缩、位移等动作，将导体8推离或拉离开原来的位置。本发明中的截断元件19(如：弹性元件、磁性元件、收缩元件)的技术特征属于通过本身的特性(如：弹力、收缩力、吸力)，通过推离、收缩、吸附、位移等动作，将导体8推离或吸离或拉离开原来的位置。本实施例的截断元件19选择的是热膨胀元件19。例如：图2中示出，保护元件888具有二个热膨胀元件19(以下说明中，以热膨胀元件19替代截断元件19)，配置在第一端电极11与第二端电极21之间。请参考图1、图3中只有一个热膨胀元件19，配置在第一端电极11与第二端电极21之间。另，请参考图12中只有一个热膨胀元件19，配置在导体8右侧表面的右方或上方(当然，也可以配置在导体8左侧表面的左方或上方)。热膨胀元件19的功用是：当连接材料9(1)、9(2)被熔融或液化时，热膨胀元件19开始膨胀并将导体8推离开第一端电极11或第二端电极21或第一端电极11、第二端电极21，因此，断开第一端电极11与第二端电极21之间的第一双向的电流路径(Ic、Id)。膨胀后的热膨胀元件19在热源消失后，仍能维持膨胀后的形状，如此，导体8就算会到处移动，但因凸出的热膨胀元件19使得导体8的两端无法同时接触到第一端电极11与第二端电极21(请参考图4)。热膨胀元件19的材料包含聚合物或任何与温度相关且会膨胀的材料。本发明中热膨胀元件19的材料选择以橡胶为主的橡胶材料。本发明的热膨胀元件19具有绝缘特性或具有高绝缘电阻。本发明的热膨胀元件19具有阻燃性。上述二者绝缘性、阻燃性可以在导体8与该些端电极(11、21)分离时，减少可能产生的高温或电弧的可能性(尤其，是在高额定电压、高额定电流的情况)。本发明的热膨胀元件19的膨胀开始温度是可以调整的。本发明的热膨胀元件19的膨胀倍率是可以调整的。请参考图22，热膨胀元件19其膨胀开始温度(℃)、时间(min)以及膨胀率(％)的关系，上述膨胀开始温度是设计在275℃，较明显的膨胀开始温度是设计在350℃，当然，热源温度越高(＞350℃)膨胀率(％)也会越高。图22示出，当热源温度低于260℃以下时，膨胀率与时间的关系不大，240℃与260℃的曲线显示膨胀率都低于5％。当热源温度为275℃时，5分钟内膨胀率即达到130％。当热源温度为350℃时，3分钟内膨胀率即达到580％。当热源温度为600℃时，3分钟内膨胀率即达到950％。所以较佳的膨胀开始温度介于275℃～600℃之间。当然，上述三个参数(膨胀开始温度、时间、膨胀率)都是可以调整的，可依实际的需要而调整材料的配方，修改上述三个参数三者之间的关系。
另，图1、图2以及图3中的截断元件19的另一选择是弹性元件或热变形元件，具有绝缘特性或具有高绝缘电阻，其中，热变形元件或弹性元件或记忆元件若是以金属材料构成，则可在热变形元件或弹性元件的表面包覆绝缘材料，使其具有良好的绝缘性或高绝缘电阻。例如：弹性元件19具有多层结构，内层为具弹性的金属材料，外层为具有绝缘或高绝缘电阻的聚合物。当然，本发明的弹性元件19也可以是单层结构，其主材料包含具弹性、高绝缘电阻的聚合物。弹性元件19的功用是：当连接材料9(1)、9(2)被固化(即固体状态)时，弹性元件19被导体压缩在导体8与绝缘基板10之间。当连接材料9(1)、9(2)被熔融或液化时，连接材料9(1)、9(2)无法将弹性元件19被导体压缩或限制在导体8与绝缘基板10之间，弹性元件19的弹性将导体8推离开第一端电极11或第二端电极21或第一端电极11、第二端电极21，因此，断开第一端电极11与第二端电极21之间的第一双向的电流路径(Ic、Id)。热变形元件或记忆金属也都是业界现有的技术(类似双金属元件，某些金属合金都具有在特定温度下会产生变形，唯本发明中的截断元件19具有绝缘性，故可在这些金属合金或金属材料的表面包覆绝缘材料，使之具有绝缘的特性。
另，本发明的截断元件19的另一选择是收缩元件或热收缩元件，请参阅图9，图9中示出的截断元件19是收缩元件或热收缩元件，当连接材料9(1)、9(2)被熔融或液化时，收缩元件19(或热收缩元件)开始收缩并将导体8拉离开第一端电极11或第二端电极21或第一端电极11、第二端电极21，因此，断开第一端电极11与第二端电极21之间的第一双向的电流路径(Ic、Id)。
另，本发明的截断元件19的另一选择是磁性元件，请参阅图11，图11中示出的截断元件19是磁性元件，配置在导体8的上方，或者是，配置在大约位于导体8与第一端电极11两者重叠区域的上方(图11示出，磁性元件19嵌入在外壳14内)。当连接材料9(1)、9(2)被熔融或液化时，磁性元件19开始吸引并将导体8拉离开或吸离开第一端电极11或第二端电极21或第一端电极11、第二端电极21，将导体8或导体8的任一端吸附在磁性元件(截断元件19)上。因此，断开第一端电极11与第二端电极21之间的第一双向的电流路径(Ic、Id)。当然，保护元件888也可以具有二个磁性元件19，分别配置在导体8的上方，且一个在导体8与第一端电极11两者重叠区域的上方，另一个在导体8与第二端电极21两者重叠区域的上方。本实施例中的热膨胀元件或弹性元件或热变形元件或收缩元件或热收缩元件或磁性元件都适用于本发明中的所有截断元件19。以下说明都以热膨胀元件19替代截断元件19。
【保护元件888的变形例】
图10示出为将本发明的第一实施例的保护元件888倒置于外壳14上，并将第一端电极11经由引出外部电极11a引出外壳14外，将第二端电极21经由引出外部电极21a引出外壳14外。
【保护元件888的动作说明】
请参阅图1、图2以及图3，当低于额定电流值的电流流经导体8以及连接材料9(1)、9(2)时，保护元件888不会动作，维持保护元件888的初始状态。请参阅图4，当高于额定电流值的电流流经导体8以及连接材料9(1)、9(2)时，连接材料9(1)、9(2)会因导体8以及连接材料9(1)、9(2)本身发热而造成连接材料9(1)、9(2)二者中的至少一者被熔融或液化。本实施例的连接材料9(1)、9(2)的熔点是一样的(当然，连接材料9(1)、9(2)的熔点也可以是不一样)，故连接材料9(1)、9(2)都被熔融。在此同时，热膨胀元件19也因导体8以及连接材料9(1)、9(2)本身发热而膨胀，因此而断开第一双向的电流路径(Ic、Id)。需特别说明的是，热膨胀元件19膨胀后介于第一端电极11与第二端电极21之间，因热膨胀元件19具有阻燃性、高绝缘电阻的特性，所以第一端电极11与第二端电极21之间可以承受较高的额定电流以及额定电压。
【第二实施例的保护元件888a】
图5示出为本发明第二实施例的一种保护元件888a的剖面示意图。图19示出为保护元件888a的等效电路图。本实施例的保护元件888a包括：绝缘基板10；多个端电极，包含第一端电极11、第二端电极21，配置在绝缘基板10上；导体8，导体8的两端分别经由第一连接材料9(1)、第二连接材料9(2)电气连接第一端电极11与第二端电极21，以在第一端电极11与第二端电极21之间形成第一双向的电流路径(Ic、Id)；引出电极7x，配置在第一端电极11与第二端电极21之间，并经由第三连接材料9(3)电气连接导体8；以及热膨胀元件19，配置在第一端电极11与第二端电极21之间。本实施例的保护元件888a与图1的保护元件888相似，惟二者主要差异之处在于：本实施例的保护元件888a还包括引出电极7x，配置于第一端电极11与第二端电极21之间，并经由连接材料9(3)电气连接导体8。保护元件888a包含二个热膨胀元件19，配置在第一端电极11与第二端电极21之间，且其中一个配置在第一端电极11与引出电极7x之间，另一个配置在第二端电极21与引出电极7x之间。另，本实施例中的导体8也可以是多个，请参考图6，图中示出保护元件888a具有二个导体8。图7以及图8示出为本实施例的保护元件888a动作后的剖面示意图。第一连接材料9(1)、第二连接材料9(2)以及第三连接材料9(3)的熔点或液化点可以是一样或不一样。图7中的第一连接材料9(1)的熔点低于第二连接材料9(2)、第三连接材料9(3)的熔点。图8中的第一连接材料9(1)、第二连接材料9(2)的熔点相同，但低于第三连接材料9(3)的熔点。图7示出，第一连接材料9(1)被熔融且热膨胀元件19膨胀，膨胀的热膨胀元件19将导体8的一端推离第一端电极11，因此，第一端电极11与第二端电极21之间的第一双向的电流路径(Ic、Id)被断开。图8示出为本实施例的保护元件888a另一种条件(如：连接材料9(1)、9(2)的熔点相同)动作后的剖面示意图。图8示出，第一连接材料9(1)、第二连接材料9(2)被熔融且热膨胀元件19膨胀，膨胀的热膨胀元件19将导体8的两端分别推离第一端电极11与第二端电极21，因此，第一端电极11与第二端电极21之间的第一双向的电流路径(Ic、Id)被断开。当然，连接材料9(1)、9(2)、9(3)的熔点也可以都相同，当连接材料9(1)、9(2)、9(3)被熔融且热膨胀元件19膨胀，膨胀的热膨胀元件19将导体8分别推离第一端电极11、引出电极7x以及第二端电极21(未示出)。本实施例其他相关的说明与第一实施例的保护元件888的说明相似，请自行参阅，在此不再赘述。
【第三实施例的保护元件888b】
图13示出为本发明第三实施例的一种保护元件888b的俯视示意图。图20示出为保护元件888b的等效电路图。本实施例的保护元件888b包括：绝缘基板10；多个端电极，包含第一端电极11、第二端电极21以及第三端电极31，配置在绝缘基板10上；导体8，导体8的两端分别经由连接材料〔9(1)、9(2)〕电气连接第一端电极11与第二端电极21，以在第一端电极11与第二端电极21之间形成第一双向的电流路径(Ic、Id)；热产生组件7；以及热膨胀元件19，配置在第一端电极11与第二端电极21之间，或者是，配置在导体8的旁边。本实施例的保护元件888b与图1的保护元件888相似，惟二者主要差异之处在于：本实施例的保护元件888b还包括热产生组件7，配置在绝缘基板10的上表面10a，热产生组件7包含发热体7c以及二个发热体电极7a、7b。热产生组件7耦接或电气连接在第一双向的电流路径(Ic、Id)与第三端电极31之间。详细来说，发热体7c的一端经由发热体电极7a与导电层18电气连接第二端电极21或第一端电极11，发热体7c的另一端经由发热体电极7b与导电层18电气连接第三端电极31。当然，本实施例可以不需要导电层18，发热体7c的一端经由发热体电极7a直接电气连接第二端电极21或第一端电极11，发热体7c的另一端经由发热体电极7b直接电气连接第三端电极31。上述热产生组件7电气连接方式适用于本发明中的所有实施例。
【热产生组件7】
热产生组件7包括发热体7c以及二发热体电极(即7a、7b)。发热体7c是电阻值相对较高的元件(相较于导体8)，且具有电流通过就会发热的特性，其材料包括二氧化钌(RuO2)、氧化钌、氧化锌、钌、铜、钯、白金、碳化钛、碳化钨、铂、钼、钨、碳黑、有机结合剂或无机结合剂等其中之一为主成分或其中部分组合物为主成分的陶瓷元件。发热体电极7a、7b可以是单层金属或多层金属结构，其各层的材料包括铜、锡、铅、铁、镍、铝、钛、铂、钨、锌、铱、钴、钯、银、金、羰基铁、羰基镍、羰基钴等其中之一或其部分组合成的合金。本发明的所有热产生组件7都可采用类似于上述说明的方式来实现。本实施例其他相关的说明与第一实施例的保护元件888的说明相似，请自行参阅，在此不再赘述。
【第四实施例的保护元件888c】
图14示出为本发明第四实施例的一种保护元件888c的剖面示意图。图21示出为保护元件888c的等效电路图。本实施例的保护元件888c包括：绝缘基板10；多个端电极，包含第一端电极11、第二端电极21以及第三端电极31，配置在绝缘基板10上；导体8，导体8的两端分别经由连接材料〔9(1)、9(2)〕电气连接第一端电极11与第二端电极21，以在第一端电极11与第二端电极21之间形成第一双向的电流路径(Ic、Id)；引出电极7x，配置在第一端电极11与第二端电极21之间，并经由第三连接材料9(3)电气连接导体8；热产生组件7；以及热膨胀元件19，配置在第一端电极11与第二端电极21之间。本发明的第一连接材料9(1)、第二连接材料9(2)以及第三连接材料9(3)的熔点或液化点可以是一样或不一样。本实施例的保护元件888c与图5的保护元件888a相似，惟二者主要差异之处在于：本实施例的保护元件888c还包括热产生组件7，配置在绝缘基板10的上表面10a，或者是，配置在导体8的旁边，热产生组件7包含发热体7c以及二个发热体电极7a、7b。热产生组件7耦接或电气连接在第一双向的电流路径(Ic、Id)与第三端电极31之间。详细来说，发热体7c的一端经由发热体电极7a、引出电极7x以及连接材料9(3)(隐藏在导体8之下)电气连接导体8，发热体7c的另一端经由发热体电极7b电气连接第三端电极31。另，本实施例的保护元件888c的热产生组件7也可以配置在绝缘基板10内(请参阅图15)，或者是，本实施例的保护元件888c的热产生组件7也可以配置在绝缘基板10的下表面10b(请参阅图16)，或者是，热产生组件7也可以配置在导体8与第二端电极21或第一端电极11二者重叠区域的下方(请参阅图15、图16)。需说明的是，热产生组件7可以是一个或多个，图14中示出一个热产生组件7，图15、图16中各自示出二个发热体7c1、7c2，即二个热产生组件。二个发热体7c1、7c2可以彼此并联或串联，且耦接或电气连接在第一双向的电流路径(Ic、Id)与第三端电极31之间，或者是，电气连接在引出电极7x与第三端电极31之间。
【保护元件888c的动作说明】
保护元件888c共有三种情况会发生，情况1：请参阅图14或图5，当低于额定电流值的电流流经导体8以及连接材料9(1)、9(2)时，保护元件888c不会动作，维持保护元件888c的初始状态。情况2：当高于额定电流值的电流流经导体8以及连接材料9(1)、9(2)时，连接材料9(1)、9(2)会因导体8以及连接材料9(1)、9(2)本身发热而造成连接材料9(1)、9(2)二者中的至少一者被熔融或液化，在此同时，热膨胀元件19也因导体8以及连接材料9(1)、9(2)本身发热而膨胀，因此而断开第一双向的电流路径(Ic、Id)，请参阅图7或图8(本实施例的保护元件888c与图7或图8的保护元件888a的动作相似)。情况3：保护元件888c与图8或图7的保护元件888a的动作相似，当热产生组件7通电发热时，热产生组件7的热能经由发热体电极7a、引出电极7x以及导体8传递给连接材料9(1)、9(2)、热膨胀元件19，连接材料9(1)、9(2)二者中的至少一者被熔融或液化，在此同时，热膨胀元件19也膨胀，因此而断开第一双向的电流路径(Ic、Id)。另，本发明或第四实施例的第一连接材料9(1)的熔点可以低于第二连接材料9(2)的熔点。当所述热产生组件7通电发热时，连接材料9(1)先被熔融或液化，在此同时，热膨胀元件19也膨胀，将导体8的一端推离开第一端电极11(请参阅图7)，导体8与第一端电极11之间的电流路径先被热膨胀元件19断开，一段时间后，连接材料9(2)被熔融或液化，热膨胀元件19将导体8的另一端推离开第二端电极21(请参阅图8)，导体8与第二端电极21之间的电流路径才被热膨胀元件19断开。第三实施例保护元件888b的动作说明类似于保护元件888c的动作说明，请自行参阅，保护元件888b的第一连接材料9(1)的熔点也可以低于第二连接材料9(2)，同样可具有上述的技术特征。本实施例其他相关的说明与第二实施例的保护元件888a的说明相似，请自行参阅，在此不再赘述。
【第五实施例的保护元件888d】
图17、图18为本发明第五实施例的一种保护元件888d以及保护元件888d1的剖面示意图。图20示出为图18保护元件888d1的等效电路图。图21示出为图17保护元件888d的等效电路图。图17示出，本实施例的保护元件888d包括：绝缘基板10，包含第一绝缘基板10-1与第二绝缘基板10-2；多个端电极，包含第一端电极11、第二端电极21以及第三端电极31，配置在绝缘基板10上；导体8，导体8的两端分别经由连接材料〔9(1)、9(2)〕电气连接第一端电极11与第二端电极21，以在第一端电极11与第二端电极21之间形成第一双向的电流路径(Ic、Id)；引出电极7x(保护元件888d1不包含引出电极7x)，配置在第一端电极11与第二端电极21之间，并经由第三连接材料9(3)电气连接导体8；热产生组件7；以及热膨胀元件19，配置在第一端电极11与第二端电极21之间。本实施例的保护元件888d或保护元件888d1与图14的保护元件888c相似，惟二者主要差异之处在于：本实施例的保护元件888d的绝缘基板10包含第一绝缘基板10-1与第二绝缘基板10-2，第一绝缘基板10-1配置在导体8的下方，第二绝缘基板10-2配置在导体8的上方。该些端电极配置在第一绝缘基板10-1上或第二绝缘基板10-2上。热产生组件7包含发热体7c以及二个发热体电极7a、7b，配置在第二绝缘基板10-2上或第一绝缘基板10-1上(请参考图14)，或者是，配置在导体8的上方，或者是，配置在导体8与第一端电极11重叠区域的上方(未示出)，或者是，配置在导体8与第二端电极21重叠区域的上方(保护元件888d1，请参考图18)。保护元件888d的热产生组件7经由引出电极7x电气连接或耦接或热耦接在第一双向的电流路径(Ic、Id)与第三端电极31之间。另，本实施例的热产生组件7也可以包含二热产生组件7，一个配置在第一绝缘基板10-1上，另一个配置在第二绝缘基板10-2上，二热产生组件7可以彼此电气串联或电气并联连接。第一绝缘基板10-1与第二绝缘基板10-2之间有连接部14x连接或支撑。热产生组件7通电发热，所产生的热能经由引出电极7x与导体8(另，保护元件888d1的热产生组件7通电发热，所产生的热能经由连接材料9(3)与导体8)，传递给连接材料〔9(1)、9(2)〕以及热膨胀元件19。需说明的是，另一变形例，保护元件888d的多个端电极，包含第一端电极11、第二端电极21以及第三端电极31也可以配置在第二绝缘基板10-2上(请参考图24)。
变形例，图18示出，本实施例的保护元件888d1包括：绝缘基板10；多个端电极，包含第一端电极11、第二端电极21以及第三端电极31，配置在绝缘基板10上；导体8，导体8的两端分别经由连接材料〔9(1)、9(2)〕电气连接第一端电极11与第二端电极21，以在第一端电极11与第二端电极21之间形成第一双向的电流路径(Ic、Id)；热产生组件7；以及热膨胀元件19，配置在第一端电极11与第二端电极21之间。图18的保护元件888d1与图17的保护元件888d相似，惟二者主要差异之处在于：图18中没有引出电极7x，热产生组件7包含发热体7c与二发热体电极7a、7b等三者，且三者形成类似三明治的结构(当然，保护元件888d1的热产生组件7也可以与保护元件888d的热产生组件7相同，经由发热体电极或引出电极电气连接导体8)，热产生组件7配置在导体8的上方，或者是，热产生组件7配置在第二端电极21与导体8两者重叠区域的上方或第一端电极11与导体8两者重叠区域的上方(未示出)，发热体电极7a经由连接材料9(3)电气连接导体8，发热体电极7b电气连接第三端电极31，其中第三端电极31可以配置在第二绝缘基板10-2上且延伸至第一绝缘基板10-1，也可以配置在第一绝缘基板10-1上且延伸至第二绝缘基板10-2。需说明的是，图17示出的保护元件888d，也可以不包括引出电极7x，以图18发热体7c与二发热体电极7a、7b同样的方式(类似三明治的结构)，达到与图17所示出的保护元件888d具有同样的效果。本实施例其他相关的说明与第四实施例的保护元件888c的说明相似，请自行参阅，在此不再赘述。综合上述的说明，本发明的保护元件888d或888d1，其中，绝缘基板10可包含第一绝缘基板10-1与第二绝缘基板10-2，热产生组件7可配置在第一绝缘基板10-1上或第一绝缘基板10-1内或第二绝缘基板10-2上或第二绝缘基板10-2内，其中，第一端电极11与该第二端电极21可配置在第一绝缘基板10-1上或第二绝缘基板10-2上，其中，第三端电极31可配置在第一绝缘基板10-1上或第二绝缘基板10-2上。
图23示出为本发明实施例的一种电池组588的电路图。电池组588包括：电池元件组4、充放电控制电路2、检测控制电路5、开关电路6(但本发明也可以不包含开关电路6)以及上述的保护元件888或888a或888b或888c或888d或888d1。电池元件组4具有四个电池元件4-1、4-2、4-3、4-4(但本发明不限于此)。充放电控制电路2负责控制充放电电流(Ic、Id)的开启与关闭。开关电路6的初始状态为断路，此时，电流无法通过热产生组件7，开关电路6可分别依据检测控制电路5的输入信号，使开关电路6导通。若本发明不包含开关电路6，保护元件888b或888c或888d或888d1连接开关电路6的第三端电极31就浮接或不接其他线路，保护元件888或888a无任何端电极需连接开关电路6。检测控制电路5分别检测电池元件组4中每个电池元件4-1、4-2、4-3、4-4的电压值或温度值，并输出信号给充放电控制电路2或开关电路6或充放电控制电路2、开关电路6。保护元件888的端电极11、21串联连接于电池元件组4与充放电控制电路2之间，形成充放电路径(即电流Ic与电流Id的路径)。本实施例的可充放电电池组588中的充放电控制电路2，可依据外接的是充电装置1或电子装置1以及检测控制电路5所输出的信号来开启与关闭充放电的电流。当高于额定电流值的充电电流Ic流经导体8或高于额定电流值的放电电流Id流经导体8时，保护元件888或888a或888b或888c或888d或888d1会动作，断开充电电流Ic或放电电流Id的路径，以达到保护电池元件组4或电池组588的过电流保护功能。另，当检测控制电路5检测到电池元件4-1、4-2、4-3、4-4中的任何一个发生异常(如：过充或过温)时，则会发送信号给开关电路6，以将开关电路6切换至导通状态，致使电流可流经热产生组件7。发热体7c因通电发热，保护元件888b或888c或888d或888d1会动作，断开充电电流Ic与放电电流Id，达成可充放电电池组588的过充或过电压或过温保护的功能。
虽然本发明已以实施方式揭示如上，然其并非用以限定本发明，任何所属技术领域中的技术人员，在不脱离本发明的精神和范围内，当可作些许的更改与润饰，故本发明的保护范围当视权利要求所界定的为准，凡合于本发明权利要求的精神与其运用本发明说明书及附图内容所做的类似变化，均包含于本发明的保护范围内。
【符号说明】
888、888a、888b、888c、888d、888d1：保护元件
1：充电装置或电子装置 2：充放电控制电路
4：电池元件组 5：检测控制电路
6：开关电路 7：热产生组件
7a、7b：发热体电极 7c、7c1、7c2：发热体
7x：引出电极 8：导体
9(1)：连接材料或第一连接材料
9(2)：连接材料或第二连接材料
9(3)：连接材料或第三连接材料
10：绝缘基板
10-1：第一绝缘基板 10-2：第二绝缘基板
10a：绝缘基板的上表面 10b：绝缘基板的下表面
11：端电极或第一端电极 21：端电极或第二端电极
31：端电极或第三端电极 11a、21a：引出外部电极
14：外壳 14x：连接部
18：导电层 588：电池组
19：截断元件或热膨胀元件或弹性元件或热变形元件
Ic、Id:充放电电流或第一双向的电流路径
Claims (19)
1.一种保护元件，包括：
绝缘基板；
多个端电极，配置在所述绝缘基板上，包含第一端电极与第二端电极；
导体，所述导体经由连接材料电气连接所述第一端电极与所述第二端电极，以在所述第一端电极与所述第二端电极之间形成第一双向的电流路径；以及
一个或多个截断元件，当所述连接材料被熔融或被液化时，所述截断元件将所述第一双向的电流路径断开。
2.根据权利要求1所述的保护元件，所述截断元件包含热膨胀元件、热变形元件、弹性元件、收缩元件、热收缩元件、记忆元件以及磁性元件七者中的任一者或其中部分的组合。
3.根据权利要求1所述的保护元件，其中，所述截断元件配置于所述第一端电极与所述第二端电极之间，或者是，配置于所述导体任一表面的上方或下方或左方或右方或前方或后方。
4.根据权利要求1所述的保护元件，其中，所述截断元件具有绝缘特性或具有高绝缘电阻。
5.根据权利要求2所述的保护元件，其中，所述热膨胀元件具有阻燃性。
6.根据权利要求1所述的保护元件，其中，所述连接材料包含第一连接材料、第二连接材料以及第三连接材料，其中，所述第一连接材料、所述第二连接材料以及所述第三连接材料的熔点或液化点可以是相同或不相同，所述保护元件还包括引出电极，所述引出电极耦接或电气连接所述导体，或者是，所述引出电极经由所述第三连接材料电气连接所述导体。
7.根据权利要求6所述的保护元件，其中，所述导体包含二个或二个以上导体，所述二个或二个以上导体各有一端彼此相互电气连接且电气连接所述引出电极，所述二个或二个以上导体各有一个另一端，每个另一端分别电气连接不同的端电极。
8.根据权利要求1或6或7所述的保护元件，其中，所述多个端电极还包括第三端电极，所述保护元件还包括热产生组件，所述热产生组件耦接或电气连接于所述第一双向的电流路径与所述第三端电极之间。
9.根据权利要求8所述的保护元件，其中，所述热产生组件配置在所述导体的上方或所述导体的下方或所述导体的旁边，或者是，所述热产生组件配置在所述导体与所述第二端电极或所述第一端电极二者重叠区域的上方，或者是，所述热产生组件配置在所述导体与所述第二端电极或所述第一端电极二者重叠区域的下方。
10.根据权利要求8所述的保护元件，还包括绝缘基板，所述热产生组件配置在所述绝缘基板上或所述绝缘基板内。
11.根据权利要求9或10所述的保护元件，所述热产生组件的一端电气连接所述第一端电极或所述第二端电极，另一端电气连接所述第三端电极。
12.根据权利要求10所述的保护元件，其中，所述绝缘基板包含第一绝缘基板与第二绝缘基板，所述热产生组件配置在所述第一绝缘基板上或所述第一绝缘基板内或所述第二绝缘基板上或所述第二绝缘基板内。
13.根据权利要求1所述的保护元件，其中，所述连接材料包含第一连接材料与第二连接材料，所述第一连接材料与所述第二连接材料的熔点或液化点可以是相同或不相同。
14.根据权利要求6或13所述的保护元件，其中，所述第一连接材料的熔点或液化点低于所述第二连接材料的熔点或液化点。
15.根据权利要求14所述的保护元件，还包括热产生组件，当所述热产生组件通电发热时，所述导体与所述第一端电极之间的电流路径先被所述截断元件断开，一段时间后，所述导体与所述第二端电极之间的电流路径才被所述截断元件断开。
16.根据权利要求1所述的保护元件，所述绝缘基板配置在所述导体的上方或下方。
17.根据权利要求8所述的保护元件，其中，所述热产生组件包含二个或二个以上热产生组件，所述二个或二个以上热产生组件彼此互相电气串联或并联连接。
18.一种电池组，包括：
至少一电池元件；
充放电控制电路；
如权利要求1至17中任一所述的保护元件，其中所述保护元件串联连接在所述至少一电池元件与所述充放电控制电路之间以形成至少一充放电电流路径，并且具有断开所述至少一充放电电流路径的能力；以及
检测控制电路，用以检测所述至少一电池元件的电压或温度，依据所检测到的电压或温度而输出信号给所述充放电控制电路，其中所述充放电控制电路依据所述信号控制所述至少一充放电电流路径上的充电电流或放电电流的开启与关闭。
19.一种电池组，包括：
至少一电池元件；
如权利要求8至12、15以及17中任一所述的保护元件，其中所述保护元件与所述至少一电池元件串联连接以形成至少一充放电电流路径，并且具有断开所述至少一充放电电流路径的能力；
开关电路，用于控制通过所述热产生组件的电流；以及
检测控制电路，用以检测所述至少一电池元件的电压或温度，依据所检测到的电压或温度而决定所述开关电路的状态。
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