TWI657473B - 保護元件與可充放電電池包 - Google Patents
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Abstract
本發明提出一種保護元件與可充放電電池包。保護元件包括絕緣外殼體、多個端電極、第一可熔導體及至少一發熱體。此些端電極包含第一端電極及第二端電極。此些端電極貫穿絕緣外殼體且由絕緣外殼體支撐。每一個端電極的第一端配置於絕緣外殼體外。每一個端電極的第二端配置於絕緣外殼體內。第二端電極的第二端與絕緣外殼體的底座之間具有間隙。第一可熔導體配置在絕緣外殼體內。第一可熔導體的兩端分別電氣連接第一端電極與第二端電極，以在第一端電極與第二端電極間形成電流路徑。至少一發熱體配置於第二端電極的第二端的下方或配置於第一可熔導體與第二端電極兩者重疊區域的上方。至少一發熱體的第一端電氣連接第二端電極的第二端。
Description
本發明是有關於一種可充放電電池包及其保護元件，且特別是有關於一種具備過電流、過電壓或過溫度保護功能以及可承受高充放電電流的可充放電電池包及其保護元件。
3C產品或電子科技產業愈來愈重要，尤其在行動與通信裝置的產業。行動裝置講究的是如何節能，因為行動裝置的電源依賴著電池系統。現今的電池技術在行動裝置上受到空間限制，所以電池的尺寸也受到相當的限制，在尺寸不變的情況下，需提升電池容量，是現今電池產業的發展方向。電池的安全性更是大家高度重視的議題，尤其是行動裝置的螢幕不斷的變大，解析度不斷的提升，照相功能的複雜度與閃光燈的電力需求等，行動裝置的待機時間與使用時間變成所有製造商必須面臨的挑戰。所以電池容量的提高就變成大家要求的主要課題。但因電池的容量的提高，電池的安全性就成了更無可迴避的議題了。電池的實際應用上，最令人在意的就是電池過充與電池短路(或大電流的衝擊)，一般來說，就是過電流與過電壓的事件。如何在有限的空間內設計最少與最小的元件，且達到過電流與過電壓的保護，成為零件製造商追求的目標之一。
先前技術保護元件的電極大都配置於基板上，未來應用於馬達相關的工作電流都相當的高，甚至高於50A，設置於基板上的電極與基板都無法承受如此大電流的流通，甚至電極與基板都會熔融與破裂。
一般貼片式的過電流保護元件，大多使用銀、銅等金屬材料將其印刷在絕緣基板上來當作電極或端電極，當應用的產品設計使用的是較小的電流如15A以下的電流，是沒有任何問題的。但，當應用的產品其工作電流或額定電流範圍在30A~100A之間，運用印刷方式所製成的電極或端電極，就無法承受如此高的工作電流或額定電流，因為印刷的金屬的厚度與密度有其一定的限制，以至於電極本身的內阻就很難降到很低值，更可能造成電極因通過大的工作電流或額定電流而熔融或斷開。
另，可熔導體若要能承受30A~100A之間的工作電流或額定電流，其截面積(厚度與寬度)都必須加大，該可熔導體熔斷後分開成兩部分的距離，也必須有足夠的空間，確保斷開後可熔導體的絕緣電阻在安全範圍內。
另，可熔導體若要能承受30A~100A之間的工作電流或額定電流，其截面積(厚度與寬度)都必須加大，另外，在可熔導體的單面進行加熱來熔斷此可熔導體也是可以，但其熔斷的速度比較慢。
前述多個端電極為了能承受高額定電流，可以使用高密度與高導電性的金屬箔或金屬片或金屬條等，當作此些端電極的
材料，但，前述可熔導體也大都使用金屬材料，所以如何使前述的端電極與前述的可熔導體有很好的接合或電氣連接或很低的接觸電阻，是一相當重要的技術，一般習知的方法是藉由焊料來焊接前述的端電極與前述的可熔導體，雖然可行，但焊料通常是膏狀且遇熱會熔融，如何確保前述的端電極與前述的可熔導體之間有足夠的焊料來焊接是相當重要的技術。例如：若在前述的端電極或前述的可熔導體的一方施壓，則焊料可能因外力而溢流出前述的端電極與前述的可熔導體之間，造成焊料不足而形成焊接不良。另，若不在前述的端電極或前述的可熔導體的一方施壓，有可能前述的端電極或前述的可熔導體兩者之間的間距過大，沒有完全接觸到焊料，造成空焊。以上的問題都是造成保護元件不良的可能原因。
有鑑於此，本發明提供一種保護元件與可充放電電池包，藉以解決先前技術中所述的問題。
本發明的保護元件包括絕緣外殼體、多個端電極、第一可熔導體以及至少一發熱體。此些端電極包含第一端電極以及第二端電極。此些端電極貫穿絕緣外殼體且由絕緣外殼體支撐。此些端電極中的每一個的第一端配置於絕緣外殼體外，且此些端電極中的每一個的第二端配置於絕緣外殼體內。第二端電極的第二端與絕緣外殼體的底座之間具有第二間隙。第一可熔導體配置在絕緣外殼體內。第一可熔
導體的兩端分別電氣連接第一端電極與第二端電極，以在第一端電極與第二端電極之間形成電流路徑。至少一發熱體配置於第二端電極的第二端的下方或配置於第一可熔導體與第二端電極兩者重疊區域的上方。至少一發熱體的第一端電氣連接第二端電極的第二端。
在本發明的一實施例中，第一端電極的第二端由絕緣外殼體的底座或凸出部支撐。或者是，上述的保護元件還包括助熔材料，其中助熔材料配置在絕緣外殼體與第一可熔導體之間。
在本發明的一實施例中，上述的保護元件還包括多個凸出體以及焊料。此些凸出體分別配置在第一可熔導體與上述多個端電極中的至少一者之間。焊料配置在第一可熔導體與上述多個端電極中的至少一者之間。
在本發明的一實施例中，上述的第一端電極的第二端與絕緣外殼體的底座之間具有第一間隙，且第一間隙大於或小於上述第二間隙。第一可熔導體的中央區域具有斜率的變化。
在本發明的一實施例中，上述的多個端電極還包括第三端電極。第三端電極的一端電氣連接至第一可熔導體，致使此些端電極之間形成多個電流路徑。
在本發明的一實施例中，上述的保護元件還包括第二可熔導體。第二可熔導體配置在絕緣外殼體內，且第二可熔導體的一端電氣連接第二端電極。此些端電極還包括第三端電極。第三端電極的一端電氣連接至第二可熔導體的另一端，致使在此些端電極之間形成多個電流路徑。
在本發明的一實施例中，上述多個端電極還包括第四端電極。第四端電極電氣連接上述至少一發熱體的第二端。當至少一發熱體通電發熱後，此至少一發熱體所產生的熱熔斷第一可熔導體與第二可熔導體中的至少一個。
在本發明的一實施例中，上述的第二端電極耦接第一可熔導體的第二表面。上述的保護元件還包括延伸體電極。延伸體電極的一端耦接第二端電極的第二端，且延伸體電極的另一端耦接第一可熔導體的第一表面。
在本發明的一實施例中，上述多個端電極還包括第四端電極。上述的保護元件還包括絕緣基板。上述至少一發熱體配置在絕緣基板上或配置在絕緣基板內，其中上述至少一發熱體的第二端電氣連接第四端電極。
在本發明的一實施例中，上述多個端電極還包括第四端電極。上述的保護元件還包括第一發熱體電極以及第二發熱體電極。第一發熱體電極配置在第二端電極與至少一發熱體的第一端之間，其中至少一發熱體的第一端經由第一發熱體電極而電氣連接第二端電極。第二發熱體電極配置在至少一發熱體的第二端與第四端電極之間，其中至少一發熱體的第二端經由第二發熱體電極而電氣連接第四端電極。第二端電極、第一發熱體電極、至少一發熱體、第二發熱體電極與第四端電極形成三明治結構。
在本發明的一實施例中，上述的保護元件還包括第五端電極以及至少一通道。至少一通道配置在第一可熔導體與第五端
電極之間，且至少一通道與第五端電極之間具有第三間隙。當至少一發熱體發熱時，熔融的第一可熔導體流入至少一通道與第三間隙，致使第二端電極與第五端電極之間短路，以在第二端電極與第五端電極之間形成另一電流路徑。
在本發明的一實施例中，上述的第二端電極耦接第一可熔導體的第二表面。上述多個端電極還包括第四端電極。上述至少一發熱體包括第一發熱體以及第二發熱體。第一發熱體耦接在第一可熔導體的第一表面與第四端電極之間。第二發熱體耦接在第二端電極與第四端電極之間。當至少一發熱體發熱時，第一發熱體對第一可熔導體的第一表面進行加熱，且第二發熱體經由第二端電極對第一可熔導體的第二表面進行加熱。
在本發明的一實施例中，上述的保護元件還包括第一絕緣基板以及第二絕緣基板。第一發熱體配置在第一絕緣基板上或第一絕緣基板內。第二發熱體配置在第二絕緣基板上或第二絕緣基板內。
本發明的可充放電電池包包括至少一電池元件組以及上述的保護元件。保護元件與至少一電池元件組串聯連接以形成至少一充放電電流路徑。當流經保護元件中的充放電電流超過額定電流值而發生過電流狀況時，保護元件斷開上述至少一充放電電流路徑中的至少一者。
在本發明的一實施例中，上述的可充放電電池包還包括偵測控制電路以及充放電控制電路。偵測控制電路用以偵測至少一電池
元件組的電壓或溫度。充放電控制電路用以依據偵測控制電路所偵測到的電壓的狀態以及外接裝置的種類，而判斷是否自外接裝置傳輸充電電流到至少一電池元件組或是自至少一電池元件組傳輸放電電流至外接裝置。
本發明的可充放電電池包包括至少一電池元件組、上述的保護元件、開關電路以及偵測控制電路。保護元件與至少一電池元件組串聯連接以形成至少一充放電電流路徑。開關電路耦接到上述至少一發熱體的第二端。偵測控制電路用以偵測至少一電池元件組的電壓或溫度，依據所偵測到的電壓或溫度而決定開關電路的狀態。若至少一電池元件組的電壓或溫度正常，則開關電路被保持在斷路狀態。若至少一電池元件組的電壓或溫度異常，則開關電路被切換至導通狀態，致使保護元件斷開與至少一電池元件組之間的至少一充放電電流路徑中的至少一者。當流經保護元件中的充放電電流超過額定電流值而發生過電流狀況時，保護元件斷開至少一充放電電流路徑中的至少一者。
本發明的可充放電電池包包括多個電池元件組、多個上述的保護元件、多個開關電路以及偵測控制電路。此些電池元件組中的每一個包括至少一可充放電的電池元件。此些保護元件與此些電池元件組串接以形成充放電電流路徑。此些開關電路中的每一個耦接到此些保護元件中的其中一個的第四端電極。偵測控制電路用以偵測此些電池元件組的電壓或溫度，依據所偵測到的電壓或溫度而決定此些開關電路中的每一個的狀態。若此些電池元
件組的電壓或溫度正常，則此些開關電路被保持在斷路狀態。若此些電池元件組中的任一個的電壓或溫度異常，則對應於異常的電池元件組的開關電路被切換至導通狀態，致使對應於異常的電池元件組的保護元件斷開與異常的電池元件組之間的充放電電流路徑，並將充放電電流路徑切換至此些電池元件組中的其餘正常的電池元件組。當流經此些保護元件中的任一個的充放電電流超過額定電流值而發生過電流狀況時，發生過電流狀況的保護元件斷開充放電電流路徑。
為讓本發明的上述特徵和優點能更明顯易懂，下文特舉實施例，並配合所附圖式作詳細說明如下。
1‧‧‧充電裝置或電子裝置
10‧‧‧絕緣基板
10a‧‧‧上表面
10b‧‧‧下表面
11‧‧‧第一端電極
11c、21c‧‧‧凸出體
12‧‧‧第三端電極
16‧‧‧絕緣層
19‧‧‧絕緣外殼體
19a‧‧‧絕緣外殼體基體
19b‧‧‧絕緣外殼體上蓋
19c‧‧‧凸出部
19n‧‧‧底座
2‧‧‧充放電控制電路
21‧‧‧第二端電極
21x‧‧‧延伸體電極
31‧‧‧第四端電極
32‧‧‧第五端電極
4、4a、4b‧‧‧電池元件組
4-1、4-2、4-3、4-4‧‧‧電池元件
5、5a、5b‧‧‧偵測控制電路
588、588a、588b、588c、588d‧‧‧可充放電電池包
6、6a、6b‧‧‧開關電路
7‧‧‧發熱體
71‧‧‧第一發熱體
72‧‧‧第二發熱體
7a、7b‧‧‧發熱體電極
8‧‧‧第一可熔導體
8-1‧‧‧第一表面
8-2‧‧‧第二表面
81‧‧‧第二可熔導體
8a‧‧‧低熔點導體層
8b‧‧‧高熔點導體層
885、885a、885b、886、886a、887、888、888a、888b、888c、889、889a、889b、889c、889d‧‧‧保護元件
9‧‧‧焊料
91‧‧‧助熔材料
A、B‧‧‧區域
F1‧‧‧限流電路
G‧‧‧地端
GP1‧‧‧第一間隙
GP2‧‧‧第二間隙
GP3‧‧‧間隙
Ic1、Id1、Id2、I7‧‧‧電流
S‧‧‧開關
T‧‧‧通道
圖1A為本發明實施例的一種保護元件的等效電路圖。
圖1B為本發明實施例的一種保護元件的剖面示意圖。
圖1C為圖1B的保護元件的俯視示意圖。
圖1D為圖1B的保護元件的區域A的局部放大示意圖。
圖1E為圖1B的保護元件的第一可熔導體熔斷後的剖面示意圖。
圖1F為本發明實施例的一種保護元件的剖面示意圖。
圖2A為本發明實施例的一種保護元件的俯視示意圖。
圖2B為本發明實施例的一種保護元件的俯視示意圖。
圖3A為本發明實施例的一種保護元件的剖面示意圖。
圖3B為圖3A的保護元件的區域B的局部放大示意圖。
圖3C為本發明實施例的一種保護元件的剖面示意圖。
圖3D為本發明實施例的一種保護元件的剖面示意圖。
圖3E為本發明實施例的一種保護元件的剖面示意圖。
圖3F為本發明實施例的一種保護元件的剖面示意圖。
圖3G為圖3A的保護元件的第一可熔導體熔斷後的剖面示意圖。
圖4A為本發明實施例的一種保護元件的剖面示意圖。
圖4B為圖4A的保護元件的俯視示意圖。
圖4C為圖4A的保護元件的第一可熔導體熔斷後的剖面示意圖。
圖5為本發明實施例的一種保護元件的剖面示意圖。
圖6為本發明實施例的一種可充放電電池包的電路圖。
圖7為本發明實施例的一種可充放電電池包的電路圖。
圖8為本發明實施例的一種可充放電電池包的電路圖。
圖9為本發明實施例的一種可充放電電池包的電路圖。
圖10A為本發明實施例的一種保護元件的等效電路圖。
圖10B為本發明實施例的一種保護元件的剖面示意圖。
圖10C為圖10B的保護元件的可熔導體熔斷後的剖面示意圖。
圖10D為圖10B的保護元件的可熔導體熔斷後的另一剖面示
意圖。
圖10E為圖10B的保護元件的可熔導體熔斷後的又一剖面示意圖。
圖11為本發明實施例的一種保護元件的剖面示意圖。
圖12為本發明實施例的一種可充放電電池包的電路圖。
為使能更進一步瞭解本發明之特徵和技術內容，請參閱以下相關的實施例，並配合所附圖式作詳細說明如下。另外，凡可能之處，在圖式及實施方式中使用相同標號的元件/構件代表相同或類似部分。此外，圖示是以示意方式繪示，會有各尺寸的比率與實際不同的情形，應參酌以下的說明自行判斷。實施例說明如下：
【保護元件888、888a】
圖1A繪示為本發明第一實施例的一種保護元件888的等效電路圖，圖1B繪示為本發明第一實施例的一種保護元件888的剖面示意圖，而圖1C繪示為本發明第一實施例的一種保護元件888的俯視示意圖。請同時參考圖1A、圖1B以及圖1C，本實施例的保護元件888包括：絕緣外殼體19、二個端電極、第一可熔導體8以及助熔材料91。絕緣外殼體19包含絕緣外殼體基體19a與絕緣外殼體上蓋19b。絕緣外殼體基體19a具有二個凸出部19c。絕緣外殼體上蓋19b具有中空的凸出部19d。
上述二個端電極包含第一端電極11與第二端電極21。上述二個端電極(即第一端電極11與第二端電極21)貫穿絕緣外殼體19且由絕緣外殼體19支撐。每一個端電極(即第一端電極11、第二端電極21)的其中一端(第一端)配置(外露)於絕緣外殼體19外，另一端(第二端)配置(浮設)於絕緣外殼體19內或延伸至絕緣外殼體19內。二個凸出部19c的其中一個可用以支撐部分第一端電極11，而二個凸出部19c的其中另一個可用以支撐部分第二端電極21。更進一步來說，第一端電極11的第二端與絕緣外殼體19的底座19n之間具有間隙，且第二端電極21的第二端與絕緣外殼體19的底座19n之間也具有間隙，如此一來，可降低端電極(第一端電極11或第二端電極21)與絕緣外殼體19彼此之間受到對方溫度的影響。每個凸出部19c的好處是可以提升每個端電極的第二端的支撐強度。除此之外，由於第一端電極11與第二端電極21並非印刷在絕緣外殼體19上，設計者可根據實際應用或設計需求而調整第一端電極11及第二端電極21的厚度與密度，以降低第一端電極11及第二端電極21的內阻。如此一來，可避免大電流流經第一端電極11與第二端電極21時產生高溫而使第一端電極11與第二端電極21被熔融。本發明的所有端電極都可採用類似於上述說明的方式來實現。需說明的是本實施例的絕緣外殼體基體19a也可不具有二個凸出部19c，而是將上述第一端電極11與第二端電極21的第二端由絕緣外殼體基體19a或絕緣外殼體基體19a的底座19n支撐，或者是，只具有一個凸出部19c來支撐第一端電
極11與第二端電極21其中之一的第二端，本發明的所有保護元件是否需要凸出部19c來補強前述多個端電極(第一端電極11與第二端電極21)的第二端的支撐力，都可依需求而自由配置。
第一可熔導體8配置在絕緣外殼體19內。第一可熔導體8可具有低熔點導體層8a與高熔點導體層8b，其中低熔點導體層8a與高熔點導體層8b的熔點不相同。當然，第一可熔導體8也可只包含單一熔點的金屬層(低熔點導體層8a或高熔點導體層8b)。第一可熔導體8的兩端分別電氣連接第一端電極11與第二端電極21，以在第一端電極11與第二端電極21之間形成電流路徑(如圖1A所示電流Ic1及電流Id1所流經的電流路行)。助熔材料91配置在中空的凸出部19d內與第一可熔導體8之間。
需特別說明的是，第一可熔導體8的兩端分別電氣連接第一端電極11與第二端電極21，而一般電氣連接的方法是：在第一可熔導體8與第一端電極11之間以及在第一可熔導體8與第二端電極21之間填入焊料9，經熱風迴焊後，達到電氣連接的目的。以下請參考圖1D，圖1D為圖1B所繪示的保護元件888的區域A的局部放大示意圖。本實施例特別在第一端電極11與第二端電極21上，分別製作各三個凸出體11c與21c(但本發明不限於此)，且在第一可熔導體8、凸出體11c、第一端電極11之間填入焊料9，以及在第一可熔導體8、凸出體21c與第二端電極21之間填入焊料9。在進行熱風迴焊的製程時，可以在第一可熔導體8上施加重量或外力，由於第一端電極11與第二端電極21上各自有多個凸
出體11c與21c，因此第一可熔導體8與第一端電極11或第二端電極21之間可以維持固定的距離。如此一來，焊料9可以確實填滿於第一可熔導體8與第一端電極11或第二端電極21之間，焊料9不會因受外力的作用而溢流出，故可避免迴焊不良或電氣連接不良的情況發生。
【絕緣外殼體、凸出部、中空的凸出部】
絕緣外殼體19(包括凸出部19c以及中空的凸出部19d)的材料可採用耐熱性良好的工程塑料或以聚苯硫醚為主成分的材料所製成。
【端電極與凸出體】
本發明所有的端電極與凸出體的材料包含以金、銀、銅、鈀、白金等中任一種作為主成份或其部分的組合作為主成分的材料所製成的片狀或長條狀的金屬。另，外露在絕緣外殼體19外的部分端電極的表面可以鍍上一層或多層較不易氧化或較穩定的金屬材料如：鎳、錫、金等。凸出體11c與21c也可以模具將端電極11與12沖壓製成。
【可熔導體】
第一可熔導體8中的低熔點導體層8a的材料包含以錫為主成分的有鉛或無鉛金屬合金，第一可熔導體8中的高熔點導體層8b的材料包含以銀、銅、錫、鉍、銦、鋅、鋁等部分組成的合金。本發明的所有可熔導體都適用上述的說明。
【焊料9】
焊料9的材料包含以錫為主成分的有鉛或無鉛組合物。本發明的所有焊料都適用上述的說明。
【助熔材料91】
助熔材料91的特徵是其熔點或液相點低於第一可熔導體8的熔點或液相點，其材料包括錫、銀、銅、松香樹脂、表面活性劑、活化劑、軟化劑、有機溶劑等其中之一或其部分組合之複合物，其主要的作用為防止可熔導體(如：第一可熔導體8)、電極(如：第二端電極21)的表面氧化，且當助熔材料91與可熔導體(如：第一可熔導體8)受熱時，助熔材料91會比可熔導體(如：第一可熔導體8)早熔融或早液化，有助於可熔導體(如：第一可熔導體8)的熔融，也可以提升電極表面的濕潤性(Wetting)與吸附力，使稍後熔融的可熔導體可以快速地擴散附著在電極(如：第二端電極21)上。本發明的所有助熔材料都適用上述的說明。
【保護元件888的動作說明】
當低於額定電流值的電流流經第一可熔導體8(例如：電流Ic1從第一端電極11流入，再經第一可熔導體8而從第二端電極21流出；或者是，電流Id1從第二端電極21流入，再經第一可熔導體8而從第一端電極11流出)時，保護元件888不會動作，維持保護元件888的原始狀態。當高於額定電流值的電流(電流Ic1或電流Id1)流經第一可熔導體8時，第一可熔導體8會發熱，致使保護元件888中的助熔材料91會先液化或氣化且去除第一可熔導體8表面上的氧化層，然後，第一可熔導體8內的低熔點導體層
8a會先熔融或液化，然後，高熔點導體層8b熔融，最後第一可熔導體8完全熔斷，其中第一可熔導體8的熔斷位置位於第一端電極11與第二端電極12之間的中央區域(請參考圖1E所繪示)。
需特別說明的是，第一可熔導體8的表面會隨時間的增加，而產生氧化層，此氧化層會增加第一可熔導體8的熔融或熔斷時間，而助熔材料91則有助於去除第一可熔導體8表面上的氧化層，可縮短第一可熔導體8的熔融或熔斷時間。另，第一可熔導體8的熔點愈低，則保護元件888保護動作的時間愈短，但保護元件888在組裝製程中或客戶的製程中，都可能會通過熱風迴焊爐，所以高熔點導體層8b的熔點必須高於迴焊製程中的最高溫度，才能確保第一可熔導體8不會組裝製程中熔斷。低熔點導體層8a的熔點低於高熔點導體層8b的熔點，也有助於縮短第一可熔導體8熔斷的時間。
另，本實施例的保護元件888也可不包括：中空的凸出部19d、助熔材料91、凸出部19c以及多個凸出體11c與21c等，而且不會影響保護元件888的保護功能或效果，設計者可以依據不同的實際需求(如：絕緣外殼體19的大小、第一可熔導體8的厚度以及端電極的長度、成本等設計考量)來決定是否需加入保護元件888或本發明的其他保護元件的結構中，達到較佳的組合。當然，最佳的組合是中空的凸出部19d、助熔材料91、凸出部19c以及多個凸出體11c與21c等，都包含在保護元件888的結構內，如此可提升保護元件888結構的穩定度。
【變形例】
圖1F繪示為本發明第二實施例的一種保護元件888a的剖面示意圖。請同時參考圖1A與圖1F，本實施例的保護元件888a包括：絕緣外殼體19、二個端電極以及第一可熔導體8。絕緣外殼體19包含絕緣外殼體基體19a與絕緣外殼體上蓋19b。絕緣外殼體基體19a具有二個凸出部19c。上述二個端電極包含第一端電極11與第二端電極21。此二個端電極(即第一端電極11與第二端電極21)貫穿絕緣外殼體19且由絕緣外殼體19支撐，每一個端電極(第一端電極11、第二端電極21)的其中一端配置(外露)於絕緣外殼體外，另一端配置(浮設)於絕緣外殼體19內或延伸至絕緣外殼體19內。上述二個凸出部19c的其中一個支撐部分第一端電極11，上述二個凸出部19c的另一個支撐部分第二端電極21，且第一端電極11的高度高於第二端電極21(當然也可設計成第一端電極11的高度低於第二端電極21)。更進一步來說，第一端電極11的第二端與絕緣外殼體19的底座19n之間具有第一間隙GP1，且第二端電極21的第二端與絕緣外殼體19的底座19n之間具有第二間隙GP2，且第一間隙GP1大於第二間隙GP2(當然也可設計成第一間隙GP1小於第二間隙GP2)。
第一可熔導體8配置在絕緣外殼體19內。第一可熔導體8的兩端分別電氣連接第一端電極11與第二端電極21，以在第一端電極11與第二端電極21之間形成電流路徑(例如電流Ic1、電流Id1所流經的電流路徑。
請同時參考圖1B與圖1F，圖1F實施例的保護元件888a與圖1B的保護元件888相似，惟二者主要差異之處在於：圖1F實施例的第一端電極11的高度高於第二端電極21的高度(即第一間隙GP1大於第二間隙GP2)，因此第一可熔導體8的兩端的高度有落差，且第一可熔導體8的中間區域具有一斜率的變化，此高度落差有助於第一可熔導體8熔斷的時間再縮短一些。另，圖1F實施例的保護元件888a無圖1B所示的中空的凸出部19d以及助熔材料91。圖1F實施例的保護元件888a的運作可參上述圖1B的保護元件888的相關說明，在此不再贅述。
【具多電流路徑的保護元件888b、888c】
圖2A繪示為本發明第三實施例的一種保護元件888b的俯視示意圖。請同時參考圖2A與圖1C，本實施例之保護元件888b與圖1C的保護元件888相似，惟二者主要差異之處在於：本實施例的保護元件888b還包含第三端電極12。第三端電極12的一端電氣連接第一可熔導體8的中心區域(變形例：第三端電極12的一端也可電氣連接介於第一端電極11與第二端電極21之間的第一可熔導體8的任何區域)，如此一來，第一端電極11、第二端電極21以及第三端電極12之間可形成多個電流路徑。
圖2B繪示為本發明第四實施例的一種保護元件888c的俯視示意圖。圖6繪示為本發明實施例的一種可充放電電池包588的電路圖，其中，可充放電電池包588包含本實施例的保護元件888c的等效電路圖。請同時參考圖2B、圖1C以及圖6，本實施
例的保護元件888c與圖1C的保護元件888相似，惟二者主要差異之處在於：本實施例的保護元件888c還包含第二可熔導體81與第三端電極12。第二可熔導體81配置在絕緣外殼體19內。第二可熔導體81的一端電氣連接第三端電極12，第二可熔導體81的另一端電氣連接第二端電極21。第一端電極11、第二端電極21以及第三端電極12之間可形成二個電流路徑(例如圖6所示的電流Ic1以及電流Id2所流經的電流路徑)；或者是，第一端電極11、第二端電極21以及第三端電極12端電極之間可形成至少二條不同額定電流的電流路徑(例如圖6所示的電流Ic1以及電流Id2所流經的電流路徑)。
第三端電極12貫穿絕緣外殼體19且由絕緣外殼體19支撐。第三端電極12的其中一端(第一端)配置(外露)於絕緣外殼體19外，另一端(第二端)配置(浮設)於絕緣外殼體19內或延伸至絕緣外殼體19內。更進一步來說，第三端電極12的第二端與絕緣外殼體19的底座(請參考圖1B的底座19n)之間具有間隙，如此一來，可降低大電流流經第三端電極12時所產生溫度上升而影響絕緣外殼體19的溫度。當然本實施例的第三端電極12的第二端也可直接由絕緣外殼體19的底座支撐(即沒有間隙)。除此之外，由於第三端電極12並非印刷在絕緣外殼體19上，設計者可根據實際應用或設計需求而調整第三端電極12的厚度與密度，以降低第三端電極12的內阻。如此一來，可避免大電流流經第三端電極12產生高溫而使第三端電極12被熔融。
【保護元件889、889a、889b、889c、889d】
圖7繪示為本發明實施例的一種可充放電電池包588a的電路圖，其包含本發明的保護元件889、889a、889b、889c、889d的等效電路圖。圖3A繪示為本發明第五實施例的一種保護元件889的剖面示意圖。請同時參考圖3A、圖1B以及圖7，本實施例的保護元件889與圖1B的保護元件888相似，惟二者主要差異之處在於：本實施例的保護元件889還包含：絕緣基板10、第四端電極31(如圖7所示，第四端電極31的結構可參考稍後將說明的圖4B)、發熱體7、絕緣層16以及助熔材料91。
絕緣基板10可被絕緣外殼體19的凸出部19c所支撐(當然也可設計成被絕緣外殼體19的底座所支撐)。發熱體7配置在絕緣基板10的上表面10a上，且配置於第二端電極21的第二端的下方。絕緣層16可配置(或包覆)在發熱體7上。發熱體7的二端(第一端及第二端)可分別電氣連接發熱體電極7a與7b(如圖7所示)。發熱體電極7a配置在絕緣基板10上，且配置在絕緣層16、第二端電極21與發熱體7的第一端之間，發熱體7的第一端可經由發熱體電極7a電氣連接第二端電極21。發熱體電極7b配置在絕緣基板10上，且配置在發熱體7的第二端與第四端電極31之間(可參考稍後將說明的圖4B)，發熱體7的第二端可經由發熱體電極7b電氣連接第四端電極31。另，本實施例的第二端電極21的第二端也可以不需要或不具有凸出部19c來補強支撐或與底座產生間隙，藉由發熱體7來補強支撐或產生間隙，也可達到相同
效果。
助熔材料91可配置在第一可熔導體8表面上。需特別說明的是，助熔材料91也可配置在第二端電極21上(圖3A並未繪示)。當發熱體7發熱時，助熔材料91有助於第一可熔導體8的熔融且有助於被熔融的第一可熔導體8吸附在第二端電極21上。
圖3C繪示為本發明第六實施例的一種保護元件889a的剖面示意圖。請同時參考圖3C、圖3A以及圖7，本實施例的保護元件889a與圖3A的保護元件889相似，惟二者主要差異之處在於：本實施例之保護元件889a的發熱體7配置於發熱體電極7a與發熱體電極7b之間(類似三明治結構)。更進一步來說，發熱體電極7a配置在第二端電極21與發熱體7的第一端之間。發熱體的7的第一端可經由發熱體電極7a而電氣連接第二端電極21。發熱體電極7b配置在發熱體7的第二端與第四端電極31之間，發熱體7的第二端可經由第二發熱體電極7b而電氣連接第四端電極31。第四端電極31由絕緣外殼體19的凸出部19c所支撐(當然也可以不需要絕緣外殼體19的凸出部19c)。需特別說明的是，本實施例的保護元件889a不需要採用圖3A所示的絕緣基板10與絕緣層16。
圖3D繪示為本發明第七實施例的一種保護元件889b的剖面示意圖。請同時參考圖3D、圖3A以及圖7，本實施例的保護元件889b與圖3A的保護元件889相似，惟二者主要差異之處在於：本實施例的保護元件889b的發熱體7配置在絕緣基板10
內。更進一步來說，發熱體電極7a可配置在第二端電極21與絕緣基板10之間，其中發熱體7的第一端可經由絕緣基板10的至少一內電極或導電通孔(未繪示)以及發熱體電極7a而電氣連接第二端電極21。熱體電極7b可配置在發熱體7的第二端與第四端電極31之間，其中發熱體7的第二端可經由絕緣基板10的至少一內電極或導電通孔(未繪示)以及發熱體電極7b而電氣連接第四端電極31。需特別說明的是：本實施例的保護元件889b不需要圖3A所示的絕緣層16。
圖3E繪示為本發明第八實施例的一種保護元件889c的剖面示意圖。請同時參考圖3E、圖3A以及圖7，本實施例的保護元件889c與圖3A的保護元件889相似，惟二者主要差異之處在於：本實施例的保護元件889c的發熱體7配置於絕緣基板10的下表面10b(第二表面)上。更進一步來說，熱體電極7a配置在第二端電極21與絕緣基板10的上表面10a(第一表面)之間，其中第一表面10a與第二表面10b彼此相對。發熱體7的第一端可經由絕緣基板10的至少一內電極或導電通孔(未繪示)以及發熱體電極7a而電氣連接第二端電極21。發熱體電極7b配置在發熱體7的第二端與第四端電極31之間，其中發熱體7的第二端可經由發熱體電極7b而電氣連接第四端電極31。需特別說明的是本實施例的保護元件889c不需要圖3A所示的絕緣層16。
圖3F繪示為本發明第九實施例的一種保護元件889d的剖面示意圖。請同時參考圖3F、圖3A以及圖7，本實施例的保護
元件889d與圖3A的保護元件889相似，惟二者主要差異之處在於：本實施例的保護元件889d更包含延伸體電極21x。延伸體電極21x的一端耦接第二端電極21，延伸體電極21x的另一端耦接第一可熔導體8的上表面(第一表面)。延伸體電極21x的技術特徵是：當發熱體7發熱時，能將發熱體7產生的熱能經由延伸體電極21x快速地傳遞至第一可熔導體8的上表面，使第一可熔導體8的上表面被延伸體電極21x加熱，而第一可熔導體8的下表面(第二表面)則被第二端電極21加熱(因第二端電極21耦接第一可熔導體8的下表面)，如此一來，第一可熔導體8的上表面及下表面可被加熱，以縮短第一可熔導體8被熔斷的時間。值得一提的是，圖3F實施例的保護元件889d的延伸體電極21x也可被應用在圖3C、圖3D及圖3E所示的保護元件889a、889b、889c中。
需特別說明的是，圖3A、圖3C、圖3D、圖3E以及圖3F中的發熱體7的第一端經由發熱體電極7a電氣連接第二端電極21，一般的電氣連接方法是：在發熱體電極7a與第二端電極21之間填入焊料9，經熱風迴焊後，達到電氣連接的目的。請參考圖3B，圖3B為保護元件889所繪示的區域B的局部放大示意圖，本實施例特別在第二端電極21上或在發熱體電極7a與第二端電極21之間，製作三個凸出體21c(但不限於三個)，且在發熱體電極7a、凸出體21c與第二端電極21之間，填入焊料9。在經熱風迴焊的製程時，可以在第二端電極21上或在第一可熔導體8上施加重量或外力，由於第二端電極21上有多個凸出體21c，所以發
熱體電極7a與第二端電極21之間可以維持固定的距離，焊料9可以確實填滿於發熱體電極7a與第二端電極21之間，不會因外力而溢流出，造成迴焊的不良或電氣連接的不良的情況發生，如此可確保在發熱體電極7a與第二端電極21之間具有足夠的焊料9，確保焊接的品質與良好的電氣連接特性。另，值得一提的是，本發明中的所有實施例中有包含第四端電極31與發熱體電極7b的實施例，其第四端電極31與發熱體電極7b電氣連接的方式與結構，也都適用於上述發熱體電極7a電氣連接第二端電極21電氣連接的方式與結構，以後的說明不再贅述。
【絕緣基板10】
詳細來說，絕緣基板10是可以是單層結構或多層的結構。絕緣基板10的材料種類可包含有機系基板或玻纖環氧基板(如：FR4或FR5)或無機系基板或陶瓷基板(如：LTCC基板或HTCC基板)等，較佳的是陶瓷基板或低溫共燒陶瓷(LTCC)基板，基板的材料包括無機陶瓷材料、低溫共燒陶瓷(LTCC)、玻璃陶瓷、玻璃粉、玻纖、環氧樹酯、氧化鋁、氮化鋁、氧化鋯、氮化矽、氮化硼、硼矽酸鈣、鹼石灰、鋁矽酸鹽、鉛硼矽酸以及有機黏結劑等其中之一或其部分組合之合成物或複合物。低溫共燒陶瓷(LTCC)基板是將多層的絕緣基板堆疊後，進行鍛燒或與絕緣基板內的其他構件共燒。
【發熱體7與發熱體電極7a、7b】
發熱體7是電阻值相對較高的元件(相較於第一可熔導體
8)，且具有電流通過就會發熱的特性，其材料包括二氧化釕(RuO2)、氧化釕、釕、銅、鈀、白金、碳化鈦、碳化鎢、鉑、鉬、鎢、碳黑、有機結合劑或無機結合劑等其中之一或其中部分組合物。發熱體7所能承受的功率或所能產生的熱能與其本身的電阻值或阻抗值有關。關於發熱體7的阻抗值，設計者可以選擇不同材質配方或配方的比例或發熱體7的長度與截面積(寬度與厚度)來決定，並可藉由網版印刷的方式，將發熱體7的材料混合成糊狀的漿料，然後將其印在絕緣基板10上或絕緣基板10內，進行煅燒或共燒。
發熱體電極7a、7b可以是單層金屬或多層金屬結構，其各層的材料包括銅、錫、鉛、鐵、鎳、鋁、鈦、鉑、鎢、鋅、銥、鈷、鈀、銀、金、羰基鐵、羰基鎳、羰基鈷等其中之一或其部分組合成的合金。在本發明的實施例中，可藉由網版印刷的方式，將發熱體電極7a、7b的材料混合成糊狀的漿料，然後將其印在絕緣基板10的上表面10a上，其中，發熱體電極7a視需要可以更延伸至絕緣層16上，或者，將其印在絕緣基板10內經由通孔連接延伸至絕緣基板10的上表面10a上，或者，將其印在絕緣基板10的下表面10b上，經由通孔連接延伸至絕緣基板10的上表面10a上，最後進行煅燒或共燒。
需特別說明的是，本發明所有的發熱體7與發熱體電極7a、7b可藉由網版印刷的方式，將發熱體7與發熱體電極7a、7b的材料與圖形印在絕緣基板10上或絕緣基板內，發熱體電極7a、
7b可經由通孔連接延伸至絕緣基板10的表面，以電氣連接所對應的不同的端電極，本發明相關的所有實施例都可採用相類似的作法，之後的所有說明不再贅述。
【絕緣層16】
只有在發熱體7配置在絕緣基板10的上表面10a上時才需要採用絕緣層16(如圖3A所示)。當發熱體7配置在絕緣基板10內(如圖3D)或配置在絕緣基板10的下表面10b上(如圖3E)時，就不需要配置在絕緣基板10的上表面10a上的絕緣層16。絕緣層16的材料可包含環氧系、丙烯酸系、聚酯系、玻璃、或以SiO2為主成分的無機材料。絕緣層16也可藉由網版印刷的方式，印在發熱體7與絕緣基板10上，進行煅燒或共燒。
【保護元件889的動作說明】
當高於額定電流值的電流Ic1或電流Id1流經第一可熔導體8時，請參考圖1E以及前述【保護元件888的動作說明】。
第五實施例所述的保護元件889，其保護動作需特別說明的是：請參考圖3G與圖3B，當發熱體7通電發熱時，發熱體7產生的熱能可經由發熱體電極7a、凸出體21c、焊料9以及第二端電極21傳導與輻射到第一可熔導體8，特別是與第二端電極21重疊的部分第一可熔導體8。當該部分的第一可熔導體8的溫度蓄積到第一可熔導體8的熔點時(如：高熔點導體層的熔點)，該部分第一可熔導體8開始熔融，並開始擴大吸附面積，使部分熔融的第一可熔導體8與未熔融的第一可熔導體8斷開，完成第一可熔
導體8熔斷動作，同時也斷開了第一端電極11與第二端電極21之間的電流路徑。
【具旁錄功能的保護元件885】
圖4A繪示為本發明第十實施例的一種保護元件885的剖面示意圖。圖4B繪示為本發明第十實施例的一種保護元件885的俯視示意圖。圖9繪示為本發明第三實施例的一種可充放電電池包588c的電路圖，其中，可充放電電池包588c包含本發明的保護元件885(即保護元件885a、885b)的等效電路圖。請同時參考圖4A、圖4B、圖3A以及圖9，本實施例保護元件885與圖3A的保護元件889相似，惟二者主要差異之處在於：本實施例的保護元件885還包括：第五端電極32、通道T以及助熔材料91。通道T配置在第一可熔導體8與第五端電極32之間，且通道T與第五端電極32之間具有間隙GP3(第三間隙)。發熱體電極7a延伸至通道T內。助熔材料91配置在第五端電極32上以及配置在通道T內。需特別說明的是，第五端電極32與通道T內的發熱體電極7a或助熔材料91之間的距離愈近愈好，當然須考慮耐電壓的問題。另，配置在通道T內的助熔材料91也可以不要，熔融的部分第一可熔導體8仍會因毛細與重力作用，而被吸引至第五端電極32上，不會影響保護元件885的保護功能。當然，較佳地是，若有助熔材料91配置在通道T內，則通道T內的發熱體電極7a會被濕潤，使得被熔融的第一可熔導體8能快速地移動而縮短第一可熔導體8的熔斷時間。
【保護元件885的動作說明】
當高於額定電流值的電流Ic1或Id1流經第一可熔導體8時，請參考圖1E以及前述【保護元件888的動作說明】。
需特別說明的是，在本實施例的保護元件885的第一可熔導體8與第五端電極32之間配置有三個通道T(但本發明不限於此)，通道T較佳的是在絕緣基板10之厚度方向上延伸的三個貫通孔，且發熱體7、絕緣層16以及第二端電極21也具有相對應的貫通孔，形成第一可熔導體8與第五端電極32之間的通道T(當然，一個通道T或貫通孔也可以)，通道T的數量愈多，則當發熱體7通電發熱時，被熔融的部分第一可熔導體8愈容易因毛細管作用而被吸引至通道T內，因而只有較少部份被熔融的第一可熔導體8會堆積在第二端電極的表面，且被熔融的第一可熔導體8因重力的關係而墜落至第五端電極32上並填充間隙GP3(請參考圖4C)，造成第二端電極21與第五端電極32之間短路，以在第二端電極21與第五端電極32之間形成電流路徑，如此，第一可熔導體8熔斷的速度會變快，熔斷的時間會縮短，此結構應用在因大電流需求而使第一可熔導體8的厚度必須增加的保護元件是非常需要的，更重要的是，當第一可熔導體8熔斷後，還可將第二端電極21的電流路徑(即電流Ic1以及電流Id1的路徑)旁路到第五端電極32上。
圖5繪示為本發明第十一實施例的一種保護元件887的剖面示意圖。圖8繪示為本發明第四實施例的一種可充放電電池
包588b的電路圖，其中，可充放電電池包588b包含本發明的保護元件887的等效電路圖。請同時參考圖5、圖3F以及圖8，本實施例的保護元件887與圖3F的保護元件889d相似，惟二者主要差異之處在於：本實施例的保護元件887還包含第二可熔導體81與第三端電極12(如圖8所示，第三端電極12的結構可參考圖1F)。第二可熔導體81配置於絕緣外殼體19內。第二可熔導體81的一端電氣連接第三端電極12，第二可熔導體81的另一端透過延伸體電極21x電氣連接第二端電極21(當然也可如圖2B所示，第二可熔導體81的另一端直接耦接或電氣連接第二端電極21)，如圖8所示，可在第一端電極11、第二端電極21、第三端電極12之間形成多個電流路徑(即電流Ic1的路徑以及電流Id2的路徑)，或者，可在第一端電極11、第二端電極21、第三端電極12之間形成至少二條不同額定電流的電流路徑(即電流Ic1的路徑以及電流Id2的路徑)。
當高於額定電流值的電流Ic1或Id2流經第一可熔導體8或第二可熔導體81時，請參考圖1E以及前述【保護元件888的動作說明】，第一可熔導體8或第二可熔導體81會自身發熱而熔斷。
另一情況是：當發熱體7通電發熱時，(一)第一可熔導體8或第二可熔導體81被熔斷；(二)第一可熔導體8與第二可熔導體81先後被熔斷，熔斷過程的說明與第五實施例的保護元件889中的說明相似，請自行參閱，在此不再贅述。
需特別說明的是：第一可熔導體8與第二可熔導體81可以選擇不同熔點的材料，或選擇相同熔點的材料但具有不同的截面積，如此可讓本實施例的保護元件887具有不同額定電流的二條電流路徑。另，若第一可熔導體8與第二可熔導體81選擇相同熔點的材料且具有相同的截面積時，也可將第一可熔導體8與第二可熔導體81的厚度設計成不相同(未繪示)，如此當發熱體7通電發熱時，可以控制第一可熔導體8與第二可熔導體81兩者中厚度較薄者先熔斷，厚度較厚者後熔斷，達成可充放電電池包588b所需的特殊保護功能或目的。另，本實施例的保護元件887也可包含兩個發熱體(如圖10B所示)，分別從第一可熔導體8或第二可熔導體81不同的兩個表面加熱，如此可縮短第一可熔導體8或第二可熔導體81熔斷的時間，相關說明可參考本發明第十二實施例。
【保護元件886】
圖10B繪示為本發明第十二實施例的一種保護元件886的剖面示意圖，圖10A繪示為本發明第十二實施例的一種保護元件886的等效電路圖。請同時參考圖10A以及圖10B，本實施例的保護元件886包括：絕緣外殼體19、多個端電極、可熔導體8以及多個發熱體7。上述多個端電極包含第一端電極11、第二端電極21以及第四端電極31，此些端電極貫穿絕緣外殼體19且由絕緣外殼體19支撐。第一端電極11、第二端電極21、第四端電極31的其中一端配置(外露)於絕緣外殼體19外，第一端電極11、第
二端電極21的另一端配置(浮設)於絕緣外殼體19內，第四端電極31的另二端配置(浮設)於絕緣外殼體19內。可熔導體8配置在絕緣外殼體19內。可熔導體8的兩端分別電氣連接第一端電極11與第二端電極21，以在第一端電極11與第二端電極21之間形成電流路徑(即電流Ic1以及電流Id1的電流路徑)。上述多個發熱體7包含第一發熱體71與第二發熱體72。第一發熱體71配置於可熔導體8與第二端電極21兩者重疊區域的上方。第一發熱體71(可透過發熱體電極7a、7b)耦接在可熔導體8的第一表面8-1與第四端電極31之間。第二發熱體72配置於第二端電極21的第二端的下方。第二發熱體72(可透過發熱體電極7a、7b)耦接在第二端電極21與第四端電極31之間。當第一發熱體71發熱時，第一發熱體71可對可熔導體8的第一表面8-1進行加熱，且第二發熱體72可經由第二端電極21對可熔導體8的第二表面8-2進行加熱(因第二端電極21耦接可熔導體8的第二表面)。如此一來，第一發熱體71與第二發熱體72的配置可達成多面加熱可熔導體8的功能或效果，尤其是在大電流(如：50A或100A以上的額定電流)的應用上，可熔導體8的截面積必須加大，而多面加熱是最快熔斷可熔導體8的最佳選擇。
【第一發熱體71、第二發熱體72、發熱電極7a、7b】
本發明第十二實施例的保護元件888的第一發熱體71、第二發熱體72是以晶片的方式或三明治的方式，將發熱體材料壓合成任何形狀的片狀或晶片，然後在兩面或兩端塗上電極材料或
導電材料，經燒結而成，形成中間是第一發熱體71或第二發熱體72，兩面或兩端是發熱體電極7a、7b。第一發熱體71配置於該可熔導體8上，且第一發熱體71的一端經由發熱體電極7a電氣連接可熔導體8，第一發熱體71的另一端經由發熱體電極7b電氣連接第四端電極31。第二發熱體72配置於第二端電極21上，且第二發熱體72的一端經由發熱體電極7a電氣連接第二端電極21，第二發熱體72的另一端經由發熱體電極7b電氣連接該第四端電極31。較佳的是在發熱體71、72本體塗布或包覆一絕緣層，可以提升其耐電壓的特性。另，電氣連接的方法：與前述可熔導體8與第一端電極11或第二端電極21電氣連接的方法相似，藉由焊料9來連接，請自行參閱，在此不再贅述。需特別說明的是任何業界習知具發熱特性的晶片型或圓片型電阻，都適用於本發明的發熱體71、72。
另，需特別說明的是本發明的所有實施例，其中的第一發熱體71、第二發熱體72其電阻值或最高額定電壓可以相同，也可以不同，較佳的是第二發熱體72的電阻值或最高額定電壓高於第一發熱體71的電阻值或最高額定電壓。另外，本發明還可包括以下變形實施例：本發明圖10B實施例的保護元件886也可只設置第一發熱體71而不設置第二發熱體72；或者是，本發明圖10B實施例的保護元件886也可只設置第二發熱體72而不設置第一發熱體71，其端視實際應用或設計需求而定。
另，需特別說明的是本發明所有的端電極，其厚度與密
度都大於發熱體電極7a、7b的厚度與密度。本實施例的主要特徵之一是負責吸附被熔融的可熔導體8是第二端電極21，其厚度、密度以及熔點都優於發熱體電極7a、7b，第二端電極21不會被熔融的可熔導體8互熔而斷電停止發熱，確保厚度很厚或大的可熔導體8可以被熔融且被吸附在第二端電極21上。
【保護元件886a】
圖11繪示為本發明第十三實施例的一種保護元件886a的剖面示意圖，其等效電路圖10A。請同時參考圖11以及圖10A，本實施例的保護元件886a包括：絕緣外殼體19、多個端電極、可熔導體8、二個絕緣基板10以及二個發熱體7。上述多個端電極包含第一端電極11、第二端電極21以及第四端電極31。此些端電極貫穿絕緣外殼體19且由絕緣外殼體19支撐。第一端電極11、第二端電極21、第四端電極31中的每一個端電極的其中一端配置(外露)於絕緣外殼體19外，第一端電極11、第二端電極21中的每一個端電極的另一端配置(浮設)於絕緣外殼體19內，第四端電極31的另二端配置(浮設)於絕緣外殼體19內。
可熔導體8配置在絕緣外殼體19內。可熔導體8的兩端分別電氣連接第一端電極11與第二端電極21，以在第一端電極11與第二端電極21之間形成電流路徑(即電流Ic1、電流Id1的路徑)。上述二個絕緣基板10中，其中一個絕緣基板10配置在可熔導體8上，另一個絕緣基板10配置在第四端電極31上。
上述二個發熱體7包含第一發熱體71與第二發熱體72。
第一發熱體71配置於其中一個絕緣基板10上，且配置於可熔導體8與第二端電極21兩者重疊區域的上方。第一發熱體71的一端經由發熱體電極7a電氣連接可熔導體8，第一發熱體71的另一端經由發熱體電極7b電氣連接第四端電極31，其中第一發熱體71上覆蓋了絕緣層16。第二發熱體72配置在另一個絕緣基板10內，且配置於第二端電極21的第二端的下方。第二發熱體72的一端經由發熱體電極7b電氣連接該第四端電極31，且第二發熱體72的另一端經由發熱體電極7a電氣連接該第二端電極21。
請同時參考圖10B與圖11，本實施例的保護元件886a與圖10B的保護元件886相似，惟二者主要差異之處在於：本實施例的保護元件886a還包含二個絕緣基板10，其中一個絕緣基板10配置於可熔導體8上，另一個絕緣基板10配置於第四端電極31上，且第一發熱體71配置於其中一個絕緣基板10上，而第二發熱體72配置於另一個絕緣基板10內。第十二實施例的保護元件886的第一發熱體71、第二發熱體72是以晶片結構製成，而本實施例的保護元件886a的第一發熱體71以網印的方式印在其中一個絕緣基板10上，而第二發熱體72則以網印的方式印在另一個多層結構的絕緣基板10內。第一發熱體71與第二發熱體72的發熱體電極7a、7b，可以藉導電通孔(未繪示)在絕緣基板10的側邊或在絕緣基板10內導出發熱體電極7a、7b至絕緣基板10不同的表面(如：上表面與下表面)，以作為電性連接可熔導體8、第二端電極21以及第四端電極31之用。需特別說明，第一發熱體71、
第二發熱體72可以任意藉用如第十二實施例中的晶片式的結構或第十三實施例中配置於絕緣基板10上或配置於絕緣基板10內的結構組合，沒有限制只能選擇一種或相同的結構。另，每個絕緣基板10上或絕緣基板10內，也可以有多個發熱體彼此並聯連接(未繪示)，來增加發熱體的最高額定電壓或更高的熱能。
【可充放電電池包588、588a、588b、588c】
圖6繪示為本發明實施例的一種可充放電電池包588的電路圖。可充放電電池包588包括：電池元件組4、充放電控制電路2、偵測控制電路5以及保護元件888c。電池元件組4具有四個電池元件4-1、4-2、4-3、4-4(但本發明不限於此)。充放電控制電路2負責控制充放電電流的開啟與關閉。偵測控制電路5分別偵測電池元件組4中每個電池元件4-1、4-2、4-3、4-4的電壓值或溫度值，並輸出信號給充放電控制電路2。保護元件888c的端電極11、21、12串聯連接於電池元件組4與充放電控制電路2之間，形成不同的充放電路徑(即電流Ic1與電流Id2的路徑)。本實施例的可充放電電池包588中的充放電控制電路2，可依據外接的是充電裝置1或電子裝置1以及偵測控制電路5所輸出的信號來開啟與關閉充放電的電流。當高於額定電流值的電流Ic1流經第一可熔導體8或高於額定電流值的電流Id2流經第二可熔導體81時，第一可熔導體8或第二可熔導體81會熔斷，以斷開充電電流Ic1或放電電流Id2的路徑，以達到保護電池元件組4或可充放電電池包588的過電流保護功能。
【變形例】
圖6的可充放電電池包588中的保護元件888c也可用本發明其他實施例中的保護元件888或保護元件888a來替代，兩者主要的差異為：保護元件888或888a的充電電流Ic1與放電電流Id1所流經的路徑相同，也就是充電電流Ic1與放電電流Id1都流經第一可熔導體8，故充電電流Ic1與放電電流Id1的額定電流值相同。
圖7繪示為本發明實施例的一種可充放電電池包588a的電路圖。可充放電電池包588a包括：電池元件組4、開關電路6、充放電控制電路2、偵測控制電路5、保護元件889或889a或889b或889c或889d以及限流電路F1。電池元件組4具有四個電池元件4-1、4-2、4-3、4-4。開關電路6的初始狀態為斷路，其可依據偵測控制電路5所輸出的信號而切換至短路或被導通。充放電控制電路2負責控制充放電電流的開啟與關閉。偵測控制電路5分別偵測電池元件組4中每個電池元件4-1、4-2、4-3、4-4的電壓值或溫度值，以輸出信號給充放電控制電路2與開關電路6。保護元件889或889a或889b或889c或889d的端電極11、21串聯連接於電池元件組4與充放電控制電路2之間，形成充放電路徑(即電流Ic1與電流Id1的路徑)。限流電路F1串聯連接於發熱體7與開關電路6之間。
圖8繪示為本發明實施例的一種可充放電電池包588b的電路圖。請同時參考圖8以及圖7，本實施例的可充放電電池包588b與圖7的可充放電電池包588a相似，惟二者主要差異之處在
於：本實施例的可充放電電池包588b中的保護元件是以本發明中的保護元件887來取代圖7的可充放電電池包588a中的保護元件。保護元件887具有兩條電流路徑，一條是充電電流路徑(即電流Ic1的路徑)，另一條放電電流路徑(即電流Id1的路徑)，以使本實施例的可充放電電池包588b可使用不同的充放電電流值來對電池元件組4進行充放電。保護元件887因具有第一可熔導體8與第二可熔導體81，所以也可提供不同充放電電流的過電流保護功能。另，當偵測控制電路5偵測到電池元件4-1、4-2、4-3、4-4中的任何一個發生異常(如：過充或過溫)時，則會送出信號給開關電路6，以將開關電路6切換至短路狀態或導通狀態，致使電流I7可流經發熱體7。發熱體7因通電發熱而熔斷第一可熔導體8或熔斷第一可熔導體8與第二可熔導體81，以斷開充電電流Ic1或斷開充電電流Ic1與放電電流Id2，達成可充放電電池包588b的過充或過電壓或過溫保護的功能。另，當跨接於發熱體7之間的電壓正常時，限流電路F1的電阻值非常的低，但是當跨接於發熱體7之間的電壓超過額定電壓時，限流電路F1電阻值會升高，以限制通過發熱體7的電流在額定電流值以內，而達到保護發熱體7的功能。
圖9繪示為本發明實施例的一種可充放電電池包588c的電路圖。可充放電電池包588c包括：電池元件組4a與4b、開關電路6a與6b、充放電控制電路2、偵測控制電路5a與5b以及保護元件885a與885b。電池元件組4a具有兩個電池元件4-1與4-2，
而電池元件組4b具有兩個電池元件4-3與4-4。開關電路6a與6b的初始狀態為斷路，可分別依據輸入信號，使開關電路6a、6b短路或導通。充放電控制電路2負責控制充放電電流的開啟與關閉。偵測控制電路5a可偵測電池元件組4a中每個電池元件4-1與4-2的電壓值或溫度值，並輸出信號給充放電控制電路2與開關電路6a。同樣地，偵測控制電路5b可偵測電池元件組4b中每個電池元件4-3與4-4的電壓值或溫度值，並輸出信號給充放電控制電路2與開關電路6b。保護元件885a的端電極11、21分別串聯連接於電池元件組4a與充放電控制電路2之間，而保護元件885b的端電極21、11分別串聯連接於電池元件組4a與4b之間，以形成充放電路徑(即電流Ic1與電流Id1的路徑)。開關電路6a串聯連接於保護元件885a的發熱體7與充放電控制電路2的地端G之間，而開關電路6b串聯連接於保護元件885b的發熱體7與充放電控制電路2的地端G之間。保護元件885a的端電極32電性連接到保護元件885b的端電極21，而保護元件885b的端電極32連接於充放電控制電路2的地端G。
【可充放電電池包588c的保護動作說明】
當高於額定電流值的充放電電流Ic1與Id1流經保護元件885a的第一可熔導體8及保護元件885b的第一可熔導體8時，上述任一第一可熔導體8會發熱而熔斷，以達到可充放電電池包588c的過電流保護功能。另，當電池元件組4a中的任一電池元件4-1、4-2發生過充或過電壓或過溫，偵測控制電路5a會送出信號給開
關電路6a，以使電流流經保護元件885a的發熱體7。保護元件885a的發熱體7因通電發熱而熔斷保護元件885a的第一可熔導體8，並使保護元件885a的第二端電極21與保護元件885a的第五端電極32之間的開關S短路，以將充放電電流路徑(即電流Ic1與電流Id1的路徑)轉移(旁路)至保護元件885b的第二端電極21，使充放電控制電路2只對電池元件組4b進行充放電，而不會對電池元件組4a進行充放電。可充放電電池包588c的特點是，當電池元件組4a與4b中的任一個發生異常時，不會造成整個可充放電電池包588c無法充放電，只會旁路有問題的電池元件組，此技術或此保護元件885a、885b，可減少可充放電電池包588c的浪費，先前技術的可充放電電池包中有任一電池元件異常，當保護元件動作後，整個可充放電電池包就無法進行充放電，而造成資源的浪費。
圖12繪示為本發明實施例的一種可充放電電池包588d的電路圖。本實施例的可充放電電池包588d包括：電池元件組4、開關電路6、充放電控制電路2、偵測控制電路5、保護元件886或886a以及限流電路F1。電池元件組4具有四個電池元件4-1、4-2、4-3、4-4。開關電路6的初始狀態為斷路，其可依據輸入信號而切換至短路狀態或導通狀態。充放電控制電路2用以控制充放電電流的開啟與關閉。偵測控制電路5可分別偵測電池元件組4中每個電池元件4-1、4-2、4-3、4-4的電壓值或溫度值，並輸出信號給充放電控制電路2與開關電路6。保護元件886或886a的端電極11、21串聯連接於電池元件組4與充放電控制電路2之間，
以形成充放電路徑(即電流Ic1與電流Id1的路徑)。限流電路F1串聯連接於發熱體7與開關電路6之間。
需特別說明的是：本發明實施例的可充放電電池包588a、588b、588d中也可不包含限流電路F1。限電流電路F1主要的特點是：萬一跨接於發熱體7的電壓超過最高額定電壓時，限流電路F1會限制流過發熱體7的電流，以達到保護發熱體7的功能或果效。但，若可充放電電池包588a、588b、588d的電池元件組4或輸入電壓不會發生異常電壓或不會超過最高額定電壓者，也可不需限流電路F1。當然，如果加入限流電路F1，保護的效果會較佳，但會增加一些製造或產品成本。
【可充放電電池包588d的保護動作說明】
在本實施例的可充放電電池包588d中，當外接裝置為充電裝置1或電子裝置1，且高於額定電流值的充放電電流(Ic1與Id1)流經可熔導體8時，可熔導體8會發熱熔斷(請參考圖10C)，以達到可充放電電池包588d的過電流保護功能。另，當外接裝置為充電裝置1，且偵測控制電路5偵測到電池元件組4中的任一電池元件4-1、4-2、4-3、4-4發生過充或過電壓或過溫時，偵測控制電路5會送出信號給開關電路6，以切換原處於斷路狀態的開關電路6至導通或短路狀態，此時，電流將流經第一發熱體71與第二發熱體72，致使第一發熱體71與第二發熱體72通電發熱，而熔斷可熔導體8(請參考圖10D、圖10E，可熔導體8熔斷的模式包含：圖10D、圖10E所繪示的二者中的任一者)，並使第二端電極21
與第一端電極11之間斷路，以將充放電電流路徑(即電流Ic1與電流Id1的路徑)斷開或切斷，使充放電控制電路2無法繼續對電池元件組4進行充電或放電，達到可充放電電池包588d的過電壓或過溫保護功能。
需特別說明的是，本實施例的可充放電電池包588中的保護元件888d，在電池元件組4發生過充或過電壓或過溫時，會熔斷可熔導體8而停止對電池元件組4充放電，但此時電池元件組4可能仍處於過充或過電壓或過溫狀態，本發明的保護元件888d仍可提供經由發熱體71、72的放電路徑，以使電池元件組4能解除過充或過電壓或過溫的狀態。
雖然本發明已以實施例揭露如上，然其並非用以限定本發明，任何所屬技術領域中具有通常知識者，在不脫離本發明的精神和範圍內，當可作些許的更動與潤飾，故本發明的保護範圍當視後附的申請專利範圍所界定者為準。
Claims (17)
- 一種保護元件，包括：絕緣外殼體；多個端電極，包含第一端電極與第二端電極，該些端電極貫穿該絕緣外殼體且由該絕緣外殼體支撐，該些端電極中的每一個的第一端配置於該絕緣外殼體外，該些端電極中的每一個的第二端配置於該絕緣外殼體內，其中該第二端電極的該第二端與該絕緣外殼體的底座之間具有第二間隙；第一可熔導體，配置於該絕緣外殼體內，該第一可熔導體的兩端分別電氣連接該第一端電極與該第二端電極，以在該第一端電極與該第二端電極之間形成電流路徑；以及至少一發熱體，配置於該第二端電極的該第二端的下方或配置於該第一可熔導體與該第二端電極兩者重疊區域的上方，該至少一發熱體的第一端電氣連接該第二端電極的該第二端。
- 如申請專利範圍第1項所述的保護元件，其中：該第一端電極的該第二端由該絕緣外殼體的底座或凸出部支撐；或者是該保護元件還包括助熔材料，其中該助熔材料配置在該絕緣外殼體與該第一可熔導體之間。
- 如申請專利範圍第1項所述的保護元件，還包括：多個凸出體，該些凸出體分別配置在該第一可熔導體與該些端電極中的至少一者之間；以及焊料，配置在該第一可熔導體與該些端電極中的至少一者之間。
- 如申請專利範圍第1項所述的保護元件，其中：該第一端電極的該第二端與該絕緣外殼體的該底座之間具有第一間隙，且該第一間隙大於或小於該第二間隙；以及該第一可熔導體的該中央區域具有斜率的變化。
- 如申請專利範圍第1項所述的保護元件，其中該些端電極還包括：第三端電極，該第三端電極的一端電氣連接至該第一可熔導體，致使該些端電極之間形成多個電流路徑。
- 如申請專利範圍第1項所述的保護元件，還包括：第二可熔導體，配置在該絕緣外殼體內，且該第二可熔導體的一端電氣連接該第二端電極，其中該些端電極還包括第三端電極，該第三端電極的一端電氣連接至該第二可熔導體的另一端，致使在該些端電極之間形成多個電流路徑。
- 如申請專利範圍第6項所述的保護元件，其中：該些端電極還包括第四端電極，該第四端電極電氣連接該至少一發熱體的第二端，當該至少一發熱體通電發熱後，該至少一發熱體所產生的熱熔斷該第一可熔導體與該第二可熔導體中的至少一個。
- 如申請專利範圍第1項至第7項中任一項所述的保護元件，其中該第二端電極耦接該第一可熔導體的第二表面，其中該保護元件還包括：延伸體電極，該延伸體電極的一端耦接該第二端電極的該第二端，該延伸體電極的另一端耦接該第一可熔導體的第一表面。
- 如申請專利範圍第1項至第6項中任一項所述的保護元件，其中該些端電極還包括第四端電極，其中該保護元件還包括：絕緣基板，其中該至少一發熱體配置在該絕緣基板上或配置在該絕緣基板內，其中該至少一發熱體的第二端電氣連接該第四端電極。
- 如申請專利範圍第1項至第6項中任一項所述的保護元件，其中該些端電極還包括第四端電極，其中該保護元件還包括：第一發熱體電極，配置在該第二端電極與該至少一發熱體的該第一端之間，其中該至少一發熱體的該第一端經由該第一發熱體電極而電氣連接該第二端電極；以及第二發熱體電極，配置在該至少一發熱體的第二端與該第四端電極之間，其中該至少一發熱體的該第二端經由該第二發熱體電極而電氣連接該第四端電極，其中該第二端電極、該第一發熱體電極、該至少一發熱體、該第二發熱體電極與該第四端電極形成三明治結構。
- 如申請專利範圍第1項至第7項中任一項所述的保護元件，還包括：第五端電極；以及至少一通道，該至少一通道配置在該第一可熔導體與該第五端電極之間，且該至少一通道與該第五端電極之間具有第三間隙，當該至少一發熱體發熱時，熔融的該第一可熔導體流入該至少一通道與該第三間隙，致使該第二端電極與該第五端電極之間短路，以在該第二端電極與該第五端電極之間形成另一電流路徑。
- 如申請專利範圍第1項至第6項中任一項所述的保護元件，其中該第二端電極耦接該第一可熔導體的第二表面，其中該些端電極還包括第四端電極，其中該至少一發熱體包括：第一發熱體，耦接在該第一可熔導體的第一表面與該第四端電極之間；以及第二發熱體，耦接在該第二端電極與該第四端電極之間，當該至少一發熱體發熱時，該第一發熱體對該第一可熔導體的該第一表面進行加熱，且該第二發熱體經由該第二端電極對該第一可熔導體的該第二表面進行加熱。
- 如申請專利範圍第12項所述的保護元件，還包括：第一絕緣基板，其中該第一發熱體配置在該第一絕緣基板上或該第一絕緣基板內；以及第二絕緣基板，其中該第二發熱體配置在該第二絕緣基板上或該第二絕緣基板內。
- 一種可充放電電池包，包括：至少一電池元件組；以及如申請專利範圍第1項至第13項中任一項所述的保護元件，其中該保護元件與該至少一電池元件組串聯連接以形成至少一充放電電流路徑，當流經該保護元件中的充放電電流超過額定電流值而發生過電流狀況時，該保護元件斷開該至少一充放電電流路徑中的至少一者。
- 如申請專利範圍第14項所述的可充放電電池包，還包括：偵測控制電路，用以偵測該至少一電池元件組的電壓或溫度；以及充放電控制電路，用以依據該偵測控制電路所偵測到的電壓的狀態以及外接裝置的種類，而判斷是否自該外接裝置傳輸充電電流至該至少一電池元件組或是自該至少一電池元件組傳輸放電電流至該外接裝置。
- 一種可充放電電池包，包括：至少一電池元件組；如申請專利範圍第1項至第13項中任一項所述的保護元件，其中該保護元件與該至少一電池元件組串聯連接以形成至少一充放電電流路徑；開關電路，耦接到該至少一發熱體的第二端；以及偵測控制電路，用以偵測該至少一電池元件組的電壓或溫度，依據所偵測到的電壓或溫度而決定該開關電路的狀態，其中若該至少一電池元件組的電壓或溫度正常，則該開關電路被保持在斷路狀態，若該至少一電池元件組的電壓或溫度異常，則該開關電路被切換至導通狀態，致使該保護元件斷開與該至少一電池元件組之間的該至少一充放電電流路徑中的至少一者，當流經該保護元件中的充放電電流超過額定電流值而發生過電流狀況時，該保護元件斷開該至少一充放電電流路徑中的至少一者。
- 一種可充放電電池包，包括：多個電池元件組，該些電池元件組中的每一個包括至少一可充放電的電池元件；多個如申請專利範圍第11項所述的保護元件，該些保護元件與該些電池元件組串接以形成充放電電流路徑；多個開關電路，該些開關電路中的每一個耦接到該些保護元件中的其中一個的該第四端電極；以及偵測控制電路，用以偵測該些電池元件組的電壓或溫度，依據所偵測到的電壓或溫度而決定該些開關電路中的每一個的狀態，其中若該些電池元件組的電壓或溫度正常，則該些開關電路被保持在斷路狀態，若該些電池元件組中的任一個的電壓或溫度異常，則對應於該異常的電池元件組的該開關電路被切換至導通狀態，致使對應於該異常的電池元件組的該保護元件斷開與該異常的電池元件組之間的該充放電電流路徑，並將該充放電電流路徑切換至該些電池元件組中的其餘正常的電池元件組，當流經該些保護元件中的任一個的充放電電流超過額定電流值而發生過電流狀況時，發生過電流狀況的該保護元件斷開該充放電電流路徑。
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