TWM456590U - 鋰離子電池溫度感應器 - Google Patents

Description

鋰離子電池溫度感應器

本創作有關一種電池溫度感應器，尤指一種用於檢測鋰離子電池中之各層鋁箔之間的溫度的電池溫度感應器。

鋰離子電池自1991年問世以來，由於具有高電壓、高比能量、高比功率的優點而備受人們的青睞，目前已廣泛應用於各種可攜式電子設備。隨著世界能源的日趨緊張，國際油價的不斷攀升，電動車及混合動力車將成為未來的重要交通工具，鋰離子電池作為動力電源之選擇之一而備受關注。與鋰電池相比，鋰離子電池係採用石墨負極替代金屬鋰，使其安全性大幅提高，但在機械衝擊、高溫、過充等條件下，鋰離子電池仍可能出現爆炸、燃燒現象。

於其中一方面，鋰離子電池因採用有機溶液電解質，而當電池處於過度充電狀態時，該有機溶劑容易在正極表面產生不可逆的氧化分解，故於放出大量熱量的同時，係產生大量可燃性氣體，導致電池內部溫度及壓力急劇上升，進而使電池發生爆炸、燃燒等危險情況。

於另一方面，鋰離子電池內部係會產生一系列潛在的放熱反應，當電池在使用過程中，因各種原因產生內外部短路而引起內部溫升較大時，將容易引發放熱反應。利用 化學反應存儲能量的鋰離子充電電池，若因外部壓力等因素導致無法控制內部反應時，將會出現高溫所造成之熱失控的危險狀態，嚴重者，將會起火。再者，隨著容量不斷增大，亦即隨著存儲的能量不斷增加，危險狀態將愈來愈容易發生。因此，安全性問題已成為鋰離子電池大型化所欲解決的關鍵問題之一。

又，過度充電係為鋰離子電池在使用過程中可能碰到的安全問題之一，尤其是於鋰離子電池組運作過程中。目前鋰離子電池的過充保護方法主要有物理方法和化學方法。所述之物理方法主要是藉由引入正溫度係數電阻器(PTC)、使用外部監測裝置、採用安全閥等，而所述之化學方法主要是從電池的內部材料進行改進。

另外，溫度監測是鋰離子電池過充保護最有效的方式。該方式於使用單一鋰離子電池時，可有效確保安全性，但當使用組合式電池組時，情況就會變得比較複雜，例如，因其中任何一節電池過充或過放引起的失配，將使電池組截止。目前業界僅能檢測鋰電池組之外表溫度，各層鋁箔之間的溫度係無法檢測與控制，而內層溫度通常高於外表溫度，故容易檢測失當。

為了實現上述技術，本創作遂提供一種鋰離子電池溫度感應器，其能用於檢測鋰離子電池之各層鋁箔之間的溫度，而使整個充電及放電週期獲得精確的溫度指示，因而提高系統工作的可靠性。

為了達到上述目的及其它目的，本創作提供一種鋰離子電池溫度感應器，係包括撓性印刷電路板及熱電阻，該熱電阻固定並電性連接於該撓性印刷電路板，且該撓性印刷電路板具有兩架橋導線以與外部裝置電性導通。

前述之鋰離子電池溫度感應器中，該撓性印刷電路板係具有覆蓋膜、補強板及夾置於該覆蓋膜與該補強板之間的無膠式單面覆銅基板。

前述之撓性印刷電路板中，該無膠式單面覆銅基板係具有相結合之一銅箔與一聚醯亞胺膜。該銅箔係為壓延銅箔且其厚度至多為12微米，該聚醯亞胺膜係為液態聚醯亞胺膜且其厚度至多為8微米。

前述之撓性印刷電路板中，形成該覆蓋膜之材質係為聚醯胺-醯亞胺、聚苯硫醚或上述材質之組合，且該覆蓋膜之厚度係為5至8微米。

前述之撓性印刷電路板中，該補強板係為一聚醯亞胺膜或以樹脂黏接複數聚醯亞胺層而成之膜，且該補強板之厚度係為3至9密耳。復包括熱硬化材質之接著層，係用以黏接該補強板與該無膠式單面覆銅基板，且該接著層之厚度係為25至35微米。

前述之鋰離子電池溫度感應器中，該熱電阻係為金屬導體，且該兩架橋導線係相互平行，且各該架橋導線之表面係覆有聚乙烯材。

另外，前述之鋰離子電池溫度感應器中，該熱電阻與該些架橋導線係藉由無鉛焊錫焊接於該撓性印刷電路板 上，並以油墨覆蓋該無鉛焊錫。

由上可知，本創作的鋰離子電池溫度感應器，藉由該撓性印刷電路板、熱電阻及該些架橋導線之組合設計，能用於檢測鋰離子電池之各層鋁箔間的溫度，使整個充電週期與放電週期獲得精確的溫度指示，因而有效提高系統工作的可靠性，且該電池溫度感應器具有體積小、內部無空氣隙、熱慣性小、測量滯後小、機械性能好、耐振、抗衝擊、能彎曲、便於安裝及使用壽命長等優點。

1‧‧‧撓性印刷電路板

11‧‧‧銅箔

12‧‧‧聚醯亞胺膜

13‧‧‧覆蓋膜

14‧‧‧補強板

15‧‧‧接著層

2‧‧‧熱電阻

3‧‧‧架橋導線

4‧‧‧無鉛焊錫

5‧‧‧油墨樹脂

第1圖係為本創作之鋰離子電池溫度感應器之正面示意圖；第2圖係為本創作之鋰離子電池溫度感應器之側視剖面示意圖；以及第3圖係為本創作之鋰離子電池溫度感應器之撓性印刷電路板的側視剖面示意圖。

以下通過特定的具體實施例說明本創作的的實施方式，所屬技術領域具有通常知識者可由本說明書所揭示的內容輕易地瞭解本創作的優點及功效。

第1至3圖係為本創作之鋰離子電池溫度感應器之示意圖。如第1圖所示，所述之鋰離子電池溫度感應器係包括撓性印刷電路板(Flexible Printed Circuit,FPC)1以及固定並電性連接於該撓性印刷電路板1上之熱電阻2，該撓性印刷電路板1係藉由兩架橋導線3與外部儀錶(圖略) 電性連接。

如第3圖所示，所述之撓性印刷電路板1係具有覆蓋膜13、補強板14、及夾置於該覆蓋膜13與該補強板14之間的無膠式單面覆銅基板(FCCL)。

所述之無膠式單面覆銅箔基板係由相結合之一層銅箔11及一層液態聚醯亞胺(Polyimide,PI)膜12所構成，且該無膠式單面覆銅箔基板在高溫下具有優越的尺寸安定性，穩定的剝離強度及極佳的擾曲性能。於本實施例中，該銅箔11係選取壓延銅箔，且該銅箔11之厚度係於12微米(um)以下，而該聚醯亞胺膜12之厚度係於8um以下。

所述之覆蓋膜13係覆蓋於該銅箔11上並外露出該銅箔11之部分表面，且該覆蓋膜13係為耐高溫熱固型薄膜，例如，聚醯胺-醯亞胺(PAI)膜或聚苯硫醚(PPS)膜等，而該覆蓋膜13之厚度係於5至8um之間。

所述之補強板14係為單一層聚醯亞胺膜，其厚度為3至9密耳(mil)；於其它實施例中，亦可將厚度為1至2mil之複數聚醯亞胺薄膜以環氧樹脂相黏而複合成厚度為3至9mil之補強板。再者，該補強板14用以貼合於該無膠式單面覆銅基板(即該聚醯亞胺膜12)上之接著層15係為熱硬化材質，且該接著層15之厚度為25至35um。

所述之熱電阻2係接觸該銅箔11之部分外露表面，如第2及3圖所示，且利用物質在溫度變化時，其電阻亦隨之發生變化，藉以測量溫度。當阻值變化時，外部儀錶將顯示阻值所對應的溫度值。於本實施例中，該熱電阻2之 溫測係基於金屬導體的電阻值隨溫度增加而增加，以進行溫度測量的。

再者，該熱電阻2大都由純金屬材料製成，且作為該熱電阻2的金屬材料一般需盡可能符合較大而穩定的溫度係數、夠大之電阻率(在同樣靈敏度下減小感測器的尺寸)、使用溫度範圍內具有穩定的化學物理性能、材料複製性佳及電阻值隨溫度變化要有間值函數關係(最好呈線性關係)等需求。

又，該熱電阻2主要係利用電阻值隨溫度變化而變化，以測量溫度及其它與溫度有關的參數，且在溫度檢測精度要求較高的場合更為適用。

另外，目前應用最多的為鉑或銅，且現在已開始採用鎳、錳和銠等材料製造熱電阻2。本創作的熱電阻2係選用鉑、銅或鎳作材料，其具有電阻溫度係數大、線性好、性能穩定、使用溫度範圍寬、加工容易等特點，且其測量溫度範圍係為-200℃至500℃。

所述之兩架橋導線3係可為兩平行導線並接觸該銅箔11之部分外露表面，如第2及3圖所示，且該些架橋導線3之外表係包覆有聚乙烯材。

於本實施例中，如第1圖所示，各部件係採用無鉛焊錫4連接，即該熱電阻2與該些架橋導線3係藉由該無鉛焊錫4焊接於該撓性印刷電路板1上，並在連接處以黑色液態之油墨樹脂5覆蓋，以供保護作用。

使用時，該熱電阻2設於該撓性印刷電路板1之一端， 將該端置於電池(圖未示)內部，並藉由該架橋導線3與外部儀錶電性導通，得以檢測電池內部溫度。當電池過充而溫度上升至危險值時，即斷開充電電流。

綜上所述，本創作之鋰離子電池溫度感應器，藉由該撓性印刷電路板、熱電阻及該些架橋導線之組合設計，能用於檢測鋰電池組之各層鋁箔間的溫度，以使整個充電週期與放電週期獲得精確的溫度指示，故能提高系統工作的可靠性。

上述實施例係用以例示性說明本創作之原理及其功效，而非用於限制本創作。任何熟習此項技藝之人士均可在不違背本創作之精神及範疇下，對上述實施例進行修改。因此本創作之權利保護範圍，應如後述之申請專利範圍所列。

1‧‧‧撓性印刷電路板

2‧‧‧熱電阻

3‧‧‧架橋導線

4‧‧‧無鉛焊錫

5‧‧‧油墨樹脂

Claims (10)

1. 一種鋰離子電池溫度感應器，係包括：撓性印刷電路板，係具有兩架橋導線，以電性連接外部裝置；以及熱電阻，係固定並電性連接於該撓性印刷電路板。
2. 如申請專利範圍第1項所述之鋰離子電池溫度感應器，其中，該撓性印刷電路板係具有覆蓋膜、補強板及夾置於該覆蓋膜與該補強板之間的無膠式單面覆銅基板。
3. 如申請專利範圍第2項所述之鋰離子電池溫度感應器，其中，該無膠式單面覆銅基板係具有相結合之一銅箔與一聚醯亞胺膜。
4. 如申請專利範圍第3項所述之鋰離子電池溫度感應器，其中，該銅箔係為壓延銅箔且其厚度至多為12微米，該聚醯亞胺膜厚度至多為8微米。
5. 如申請專利範圍第2項所述之鋰離子電池溫度感應器，其中，形成該覆蓋膜之材質係為聚醯胺-醯亞胺、聚苯硫醚或所述材質之組合，且該覆蓋膜之厚度係為5至8微米。
6. 如申請專利範圍第2項所述之鋰離子電池溫度感應器，其中，該補強板係為一聚醯亞胺膜或以樹脂黏接複數聚醯亞胺層而成之膜，且該補強板之厚度係為3至9密耳。
7. 如申請專利範圍第6項所述之鋰離子電池溫度感應 器，復包括接著層，係為熱硬化材質並用以黏接該補強板與該無膠式單面覆銅基板，且該接著層之厚度係為25至35微米。
8. 如申請專利範圍第1項所述之鋰離子電池溫度感應器，其中，該熱電阻係為金屬導體。
9. 如申請專利範圍第1項所述之鋰離子電池溫度感應器，其中，該兩架橋導線係相互平行，且各該架橋導線之表面係覆有聚乙烯材。
10. 如申請專利範圍第1項所述之鋰離子電池溫度感應器，其中，該熱電阻與該些架橋導線係藉由無鉛焊錫焊接於該撓性印刷電路板上，並以油墨覆蓋該無鉛焊錫。