TW496003B - Temperature sensing device for use in secondary battery pack, and secondary battery pack incorporating the same - Google Patents

Description

496003 A7 B7______ 五、發明說明（丨） 發明背景 發明之領域 (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 本發明一般係關於一種用於包含諸如鋰離子電池等蓄 電池的蓄電池組的溫度感測裝置，並關於包含這種溫度感 測裝置的蓄電池組。本發明尤其關於用於使用NTC元件（ 即負溫度係數熱敏電阻器）的蓄電池組中的改進的溫度感 測裝置，以及包含裝置溫度感測裝置的蓄電池組。 習慣上，已將蓄電池組普遍用作電源，用於例如行動通信 設備中。 圖6是傳統蓄電池組的電路方塊圖。參照圖6，傳統 的蓄電池組包括蓄電池24、高電位側端子21和參考電位 端子22，用於給蓄電池24再次充電，以及溫度感測端23 ，後者用於感測蓄電池24的溫度。蓄電池24的正電極電_ 氣連接到高電位側端子21，蓄電池24的負電極電氣連接 到參考電位端子22。蓄電池組還包含場效電晶體25和26 ，以及控制器IC27，以控制蓄電池24的操作。 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 蓄電池組還包含NTC元件28，用於感測蓄電池24的 溫度，它連接在溫度感測端子23和參考電位端子22之間 '.將NTC元件28設置在蓄電池24附近，以便允許感測蓄 電池24的溫度。蓄電池24根據溫度感測端子23的輸出， 即根據蓄電池24的溫度，由蓄電池充電器再次充電。 隨著內含有蓄電池組的電子設備（諸如行動電話）的 尺寸的不斷減小，蓄電池組的尺寸也變得更小。因此，在 上述蓄電池組中，高電位側端子21、參考電位端子22，以 3 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 X 297公釐） ! 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 496003 A7 B7 五、發明說明（y) 及溫度感測端子23相鄰而設置。結果，例如’如果在衣服 口袋中有諸如髮夾等金屬片時，將蓄電池放置在衣服口袋 中，由於與金屬片接觸，高電位側端子21與溫度感測端子 23常常短路。當發生這種短路時，蓄電池24的端電壓施 加給NTC元件28。由此，短路電流流入NTC元件28，這 有時引起NTC元件28的燒毀。 爲了解決上述問題，本發明的較佳實施例提供了一 種用於蓄電池組中的溫度感測裝置，以及包含有這種溫度 感測裝置的蓄電池組，其中，包含在其中的NCT元件不會 受到短路和燒毀的影響，並且由此大大改進了可靠性。 根據本發明的較佳實施例，用於感測蓄電池組中的蓄 電池溫度的溫度感測裝置包括：NTC (負溫度係數）元件 ，其設置在預定位置，用於感測蓄電池溫度，其一端電氣_ 連接到溫度感測端子，還有連接在NTC元件另外一端與參 考電位之間的限流元件。 在溫度感測裝置中，限流元件較佳地係爲PTC (正溫 度係數）元件。 根據本發明的另一個較佳實施例，蓄電池組包括蓄電 准·、高電位側和參考電位端子（用於給蓄電池再次充電） ，感測蓄電池溫度的溫度感測端子，感測蓄電池溫度的 NTC元件，其一端電氣連接到溫度感測端子，以及連接在 NTC元件另一端與參考電位側端子之間的限流元件。 在蓄電池組中，限流元件較佳係爲PTC元件。 根據本發明的較佳實施例的溫度感測裝置和蓄電池組 4 ^^尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 X 297公釐） \ |裝--- (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 訂；—— 496003 A7 _________ B7__ 五、發明說明（V) (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) ，因爲將限流元件連接在NTC元件和參考電位之間，即使 如果蓄電池組的溫度感測端子與高電位側端子短路，限流 元件防止過電流連續流入NTC元件，從而防止了 NTC元 件的燒毀。 另外，當PTC元件用作限流元件時，每逢由PTC元 件阻擋過電流之後停止施加電壓時，NTC元件的電阻値返 回其初始値，這允許在短路情況下重複保護性操作。 從下面參照附圖對較佳實施例的詳細描述，本發明的 其他特點、元件、特徵和優點將是顯然的。 圖1是根據本發明的第一較佳實施例的蓄電池組的電 路方塊圖； 圖2是根據本發明的第二較佳實施例的蓄電池組的電 路方塊圖； 圖3是本發明的第一和第二較佳實施例中包含的NTC 元件的一個例子的截面圖； 圖4是本發明的第二較佳實施例中包含的PCT元件的 •一個例子的立體圖； 圖5是示出圖4所示的PTC元件中的溫度和電阻之間 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 關.係的曲線；及 / 圖6是傳統蓄電池組的電路方塊圖。 較佳實施例之詳細說明 現在將結合附圖，描述根據本發明的較佳實施例的蓄 電池組中的溫度感測裝置，以及包含溫度感測裝置的蓄電 5 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 X 297公釐） 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 496003 A7 B7 五、發明說明（（V ) 池組。 圖1是根據本發明的第一較佳實施例的蓄電池組的電 路方塊圖。根據寧一較佳實施例的蓄電池組最好包括高電 位側端子1、參考電位端子2、溫度感測端子3，以及蓄電 池4，其中，蓄電池4連接高電位側端子1和參考電位端 子2。蓄電池組還包括場效電晶體5和6，以及用於控制蓄 電池4的控制器IC7。 蓄電池組還包括爲感測蓄電池4的溫度而設置的NTC 元件8，設置得實體上接近於蓄電池4的NTC元件8。 NTC元件8電氣連接到溫度感測端子3。 通過例子，在圖3中示出NTC元件8的結構，但是它 不限於此。圖3所示的NTC元件8包括薄板、具有負溫度 係數的半導體陶瓷部件8a，連接到半導體陶瓷部件8a兩. 個表面的引線端子8b和8c，以及由例如聚合物或其他適 當材料構成的絕緣薄膜8d該絕緣薄膜8d覆蓋了除引線端 子8b和8c的引出部分以外的半導體陶瓷部件8a和引線端 子8b和8c。由於半導體陶瓷部件8a的薄板結構，NTC元 件8具有非常薄的整體結構。 由此，NTC元件8能夠容易地設置在蓄電池4附近， 這允許蓄電池組具有非常小的尺寸。 蓄電池組還包括一限流元件9，其一端連接到NTC元 件8的另一端，其另一端連接到參考電位端子2。限流元 件9包括例如電流保險絲或保險絲電阻器。 在本較佳實施例中的蓄電池組中，由串聯的NTC元件 6 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 X 2_97公楚）_ ------------裝— (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) T1訂：丨丨 496003 A7 B7 五、發明說明（t;) (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 8和限流兀件9實現溫度感測裝置。由此，在高電位側端 子1和溫度感測端子3短路的情況下，限流元件9阻擋過 電流流入NTC元件8，從而防止NTC元件8的燒毀。 更具體地說，如果諸如髮夾等金屬片接觸蓄電池組， 使高電位側1和溫度感測端子3短路，蓄電池4的端電壓 將施加給NTC元件8和限流元件9。在這種情況下，限流 元件9防止過電流流入NTC元件8。 如果將電流保險絲或保險絲電阻_作限流元件9，則 電流保險絲或保險絲電阻器根據蓄電池4的端電壓而熔化 。由此，防止了電流流入NTC元件8，從而防止了 NTC 元件8的燒毀。 圖2是根據本發明的第二較佳實施例的蓄電池組的電 路方塊圖’其比第一較佳實施例爲佳。 根據第二較佳實施例的蓄電池組係取代第一較佳實施 例中包含的限流元件9，包括不同類型的限流元件，更具 體地說，PTC (正溫度係數）元件1〇。根據第二較佳實施 例的第二種蓄電池組其他部分與根據本發明的第一較佳實 施例的第二種蓄電池相同。 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 .PTC元件10的結構示於圖4中，其係片型PTC元件 ，但是其不限於此。圖4所示的PTC元件較佳係包含基本 上矩形的板，具有正溫度係數的半導體陶瓷部件l〇a，已 經覆盡半導體陶瓷部件10a的側面的外部電極1 〇b和10c 。因爲PTC元件係建構成界定一個晶片型元件，PTC元件 1〇能夠表面安裝在其上設置有小型的蓄電池組的控制電路 7 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 X 297公釐） 496003 A7 B7_______ 五、發明說明（k ) 的基片上。 (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 在第二較佳實施例中，類似於第一較佳實施例中的情 況，如果由於例如將金屬片放置在高電位側端子1和溫度 感測端子3之間而引起它們短路，則蓄電池4的端電壓施 加給NTC元件8和PTC元件10。當這種情況發生時’ PTC元件1〇的電阻値迅速增加，以便抑制過電流流入 NTC元件8，從而防止了 NTC元件8的燃燒。 第二較佳實施例比第一較佳實施例更好的地方在於， 因爲由PTC元件10實現限流元件，故而溫度感測裝置具 有可恢復性，即，它允許連續的保護操作。 較佳地，PTC元件10在室溫下的電阻値最好不大於 NTC元件8的大約10%，以使對NTC元件8的溫度特性 的影響最小化。如果PTC元件10在室溫下的電阻値太小_ ，則直到電流變得非常大爲止，才能執行保護操作。 可以由蓄電池組中所內含的NTC元件8感測的溫度的 上限通常在大約85°C左右。因此，參照圖5，PTC元件最 ，好如此選擇，從而其居禮點在大約85°C以上，較佳地，在 大約90°C到大約14(TC的範圍內。 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 ,下面描述與本發明的較佳實施例有關的實驗的結果。 在包含了蓄電池4 (端電壓爲12V的鋰離子蓄電池） 的蓄電池組中，使用NTC元件8和PTC元件1〇，實現溫 度感測裝置。NTC元件8是如此類型的，它在接近於25W 時的電阻値爲大約10kQ，而PTC元件如此類型，其尺 寸爲1.6mmX0.8mmX0.8mm，在大約25°C時的電阻値爲 8 ^紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 X 297公楚) '""""· 496003 A7 B7 五、發明說明（I ) 大約30Ω到大約500Ω，而居禮點爲大約10(TC。 當將大約12V的DC電壓直接施加給NTC元件8時， NTC元件8在幾秒以內燒壞。 同時，當將12V的DC電壓施加到電路（其中NTC元 件8和PTC元件10串聯）兩端時，PTC元件10感測出過 電流，由此減小電流量，防止了 NTC元件8熱耗散，並從 而防止了 NTC元件的燃燒。當停止應用電壓時，發現 NTC元件在大約25°C的電阻値返回到10kQ。 如從實驗結果顯然地，通過引入PTC元件10作爲限 流元件，可以連續地保護蓄電池組中的NTC元件8不發生 燒毀的情況。 雖然上文已經描述了較佳實施例，應當知道，對於熟 悉本領域的技術人員來說，在不背離本發明的精神的條件. 下，可以有修改和變化。本發明的範圍由所附申請專利範 圍所限定。 I I I 1-------· I I I I I —Μ l· ^ r-llml! (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 9 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 X 297公釐）

Claims (1)

1. 496003 . 1 A8 六、申請專利範圍 第901 1 1800號申請案，申請專利範圍修正本 1·一種溫度感測裝置，其用於感測蓄電池組中的蓄電 池的溫度，該溫度感測裝置係包含： 一負溫度係數元件，其設置在一預定位置，用於感測 蓄電池溫度，該負溫度係數元件的第一端電氣連接到溫度 感測端子；及 一限流兀件’其連接在該負溫度係數元件的第二端與 參考電位之間。 2·如申請專利範圍第i項所述的溫度感測裝置，其中 該限流元件是正溫度係數元件。 3.如申請專利範圍第2項所述的溫度感測裝置，其中 該正溫度係數元件是晶片型元件。·. 4·如申g靑專利範圍第2項所述的溫度感測裝置，其中 該正溫度係數元件包含一基本上矩形的板，一具有正溫度 係數的半導體陶瓷邰件，以及覆蓋半導體陶瓷部件的側面 的外部電極。 ~ i如申請專利範圍第2項所述的溫度感測裝置，其中 該正溫度係數兀件在室溫的電阻値係不大於負溫度係數元 件的電阻値的大約10%。 化如申請專利範圍第2項所述的溫度感測裝置，其中 該正溫度係數的居禮點在大約85°C以上。 2·如申請專利範圍第2項所述的溫度感測裝置，其中 該正溫度係數的居禮點在大約90°C到大約14〇。〇範圍內 本紙張尺度適用中國國家標準(CNS)A4規格(210 X 297公釐) (請先閲讀背面之注意事項再塡寫本頁)

   496003 A8 B8 C8 D8 六、申請專利範圍 丄如申請專利範圍第1項所述的溫度感測裝置，其中 該負溫度係數元件包括一薄板’一具有負溫度係數的半導 體陶瓷元件，連接到半導體陶瓷部件兩個表面的引線端子 ，以及一覆蓋半導體陶瓷部件和除了引線端子的引出部分 以外的部分的絕緣薄膜° 1如申請專利範圍第1項所述的溫度感測裝置，其中 限流元件包括電流保險絲和保險絲電阻中的至少一個。 !〇_·如申請專利範圍第1項所述的溫度感測裝置，其中 負溫度係數元件和限流元件係串聯。 1L一種蓄電池組，其包含： —蓄電池； 一高電位側端子和參考電位端子，其配置成再次充 電蓄電池； 一用於感測蓄電池溫度的溫度感測端子； 一感測該蓄電池的溫度而設置的負溫度係數元件， 該負溫度係數元件的第一端子電氣連接到所述溫度感測端 子；及 一限流元件，其連接在該負溫度係數元件第二端子與 所述參考電位端子之間。 ~ 12·如申請專利範圍第L1一項所述的蓄電池組，其中該 限流元件是正溫度係數元件。 11·如申請專利範圍第12_項所述的蓄電池組，其中該 正溫度係數元件是晶片型元件。 其中該 (請先閲讀背面之注意事項再塡寫本頁) M·如申請專利範圍第1項所述的蓄電池組， 2 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 496003 A8 B8 C8 D8 t、申請專利範圍 正溫度係數元件包括一基本上矩形的板，一具有正溫度係 數的半導體陶瓷元件，以及覆蓋半導體陶瓷元件側面的外 部電極。 li.如申請專利範圍第12_項所述的蓄電池組，其中正 溫度係數在室溫下的電阻値係不大於負溫度係數元件的電 阻値的大約10%。 1^.如申請專利範圍第項所述的蓄電池組，其中正 溫度係數的居禮點在大約85°C以上。 如申請專利範圍第i項所述的蓄電池組，其中正 溫度係數的居禮點在大約90°C到大約140°C範圍內。 如申請專利範圍第11_項所述的蓄電池組，其中負 溫度係數元件包含一薄板，具有負溫度係數的半導體陶瓷 部件，連接到半導體陶瓷部件的兩個表面的引線端子，以 及一覆蓋半導體陶瓷部件和除了引線端子引出部分以外部 分的絕緣薄膜。 ii.如申請專利範圍第JJL·項所述的蓄電池組，其中限 流元件包含電流保險絲和保險絲電阻中的至少一個。 2Δ.如申請專利範圍第11_項所述的蓄電池組，其中負 溫度係數元件和限流元件係串聯。 ^-----------Φ--------訂---------線"%- (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 X 297公釐）