一種電池保護元件的製作方法

2023-06-05 14:04:56

專利名稱：一種電池保護元件的製作方法
技術領域：
本實用新型屬於二次充電電池保護電路領域，尤其涉及一種電池保護元件。
背景技術：
近年來，隨著各種可攜式電子通訊設備的普及，為其提供移動電源的二次充電電池(如鋰離子可充電電池)的安全性問題日益成公眾關注的焦點。而設備對電池續航能力進 一步提升的需求，也對電池充放電過程提出了更高的安全要求。作為應用於二次充電電池保護電路中的電池保護元件，已知有依靠電池異常發熱熔斷低熔點合金絲的方式實現關斷的溫度保險絲。亦有在此基礎上集成發熱體，當電池異常時對發熱體通電發熱，以此熔斷低熔點合金絲實現關斷的保護組件。另有在電路中布置有PTC及加熱器，通過加熱器實現對PTC通斷的控制以實現對電池組件保護的保護電路(專利公開號CN101091297A)。然而，以低熔點合金絲受熱熔斷為原理的保護元件，其保護溫度由合金絲熔點決定。熔點過低，會降低其對工作電流的承受能力。解決方案是通過增加合金絲橫截面積，或在元件中設置發熱體，當保護元件接收到熔斷信號後以發熱體產生的熱量實現合金絲的熔斷。前者一方面會延長動作時間，另一方面則會造成元件整體尺寸增大。後者則在發熱體功率及位置設置方面存在諸多限制，保護性能難以進一步提高。此外，低熔點合金絲為一次性動作後不可恢復，一旦保護元件關斷，則電池整體報廢，若使用固化於電器內部的軟包裝電池則更難以維修更換。而通過加熱器控制PTC的保護電路，對電路板所需空間要求大；且PTC與發熱電阻布置時存在難以避免的間隔，要求發熱器具有較大的發熱功率，難以實現；並且PTC與發熱電阻易產生接觸不良，導致安全隱患。
發明內容本實用新型為解決上述技術問題之一，提供一種所需功率小，安全可靠，體積小、安裝方便的電池保護元件。為達到上述目的，本實用新型提供一種電池保護元件，包括基板，第一膜導電層，第二膜導電層，發熱電阻，第一 PTC元件，第二 PTC元件，第一引線，第二引線及第三引線；所述第一膜導電層和第二膜導電層形成於基板的頂面，第一膜導電層和第二膜導電層互不連接；所述發熱電阻位於基板頂面，並且其兩端分別與第一膜導電層和第二膜導電層連接；所述第一 PTC元件和第二 PTC元件均在其相對兩側形成有一對電極，所述第一 PTC元件的一極與第一膜導電層連接，第一引線與第一 PTC元件的另一極連接並引出到基板外；所述第二 PTC元件的一極與第一膜導電層連接，第二引線與第二 PTC元件的另一極連接並引出到基板外；所述第三弓丨線與第二膜導電層連接並引出到基板外。優選地，所述基板的頂麵包覆有封裝層。優選地，所述封裝層為常溫固化樹脂層或環氧樹脂層或UV膠層。優選地，所述封裝層上設有硬質封裝片。優選地，所述第一膜導電層呈倒U形，包括第一連接部、第二連接部及連接第一連接部與第二連接部的中間連接部；所述第一 PTC元件與第一連接部連接，第二 PTC元件與第二連接部連接，發熱電阻的一端與中間連接部連接。優選地，所述第二膜導電層設置於第一連接部與第二連接部之間。優選地，所述基板為陶瓷板或環氧樹脂板。優選地，所述發熱電阻為氧化釕電阻或貼片電阻。優選地，所述第一引線、第二引線、及第三引線分別與第一 PTC元件、第二 PTC元件及第二膜導電層的連接處均鍍有錫。本實用新型的有益效果是電池保護元件安裝於保護電路中，當電流過大時，發熱電阻導通並產生熱量，通過基板加熱第一、第二 PTC元件，第一、第二 PTC元件激發PTC效應，並關斷電路，實現電路保護。本實用新型的電池保護元件集成在一塊基板上，體積小，可作為獨立的元件通過引線方便安裝到線路中，並且由於是一體式的，更有利於熱量的傳遞和保持，利於以較小的發熱功率實現PTC元件動作。另外，PTC元件通過膜導電層與發熱電阻連接，因此導電性能好，接觸電阻小，連接更可靠。

圖I是本實用新型提供的基板上設置第一、第二膜導電層以及發熱電阻的示意圖。圖2是本實用新型提供的一實施例的電池保護元件的主視圖。圖3是本實用新型提供的另一實施例的帶封裝層的電池保護元件的右視圖。圖4是本實用新型提供的再一實施例的帶硬質封裝片的電池保護元件的右視圖。圖5是安裝有本實用新型提供的安裝有電池保護元件的保護電路圖。圖中標記I-電池保護元件、2-基板、31-第一膜導電層、311-第一連接部、312-中間連接部、313-第二連接部、32-第二膜導電層、41-第一 PTC 元件、42-第二 PTC 元件、5-發熱電阻、61-第一引線、62-第二引線、63-第三引線、71-封裝層、72-硬質封裝片、81-充電控制FET、82_放電控制FET、9-控制 1C、C-保護電路、A/B/D-保護電路連接端子、E- 二次電池、T-三極體。
具體實施方式為了使本實用新型所解決的技術問題、技術方案及有益效果更加清楚明白，
以下結合附圖及實施例，對本實用新型進行進一步詳細說明。應當理解，此處所描述的具體實施例僅僅用以解釋本實用新型，並不用於限定本實用新型。參閱圖2，本實用新型提供一種電池保護元件1，包括基板2，第一膜導電層31，第二膜導電層32，發熱電阻5，第一 PTC元件41，第二 PTC元件42，第一引線61，第二引線62及第三引線63 ;所述第一膜導電層31和第二膜導電層32形成於基板2的頂面，第一膜導電層31和第二膜導電層32互不連接；所述發熱電阻5位於基板頂面，並且其兩端分別與第一膜導電層31和第二膜導電層32連接；所述第一 PTC元件41和第二 PTC元件42均在其相對兩側形成有一對電極，所述第一 PTC元件41的一極與第一膜導電層31連接，第一引線61與第一 PTC元件41的另一極連接並引出到基板2外；所述第二 PTC元件42的一極與第一膜導電層31連接，第二引線62與第二 PTC元件42的另一極連接並引出到基板2外；所述第三引線63與第二膜導電層32連接並引出到基板2外。下面對電池保護元件I各部分進行詳細介紹。參閱圖1，為基板2上設置第一、第二膜導電層以及發熱電阻5的示意圖。基板2由絕緣材料製成，並具有良好的導熱性能，可以但不限於是厚度為O. 25-0. 45mm的Al2O3陶瓷或ZrO2陶瓷；或者厚度為O. 4-0. 6mm的環氧樹脂或其他樹脂。 第一、第二膜導電層可以利用公知的方法形成於基板2上，例如在陶瓷基板2上印刷銀、銀鈀合金導電漿料；或者在樹脂基板2上刷鍍銅、鎳、以及金的複合金屬層，從而在基板2上形成第一、第二膜導電層,並且第一、第二膜導電層互不電連接。在圖I所示的一實施例中，基板2為矩形板狀；第一膜導電層31呈倒U形，設置於基板2的頂面，並進一步包括第一連接部311、第二連接部313及連接第一連接部311與第二連接部313的中間連接部312 ;第二膜導電層32設置於第一連接部311與第二連接部313之間。發熱電阻5位於基板的頂面，用於電連接第一膜導電層31和第二膜導電層32，其兩端可分別直接接觸第一膜導電層31和第二膜導電層32，以此與第一、第二膜導電層電連接。發熱電阻5可以但不包括是在陶瓷基板2上印刷燒結氧化釕電阻形成的發熱電阻膜，或者是在樹脂基板2上通過回流焊安裝的貼片電阻。當發熱電阻5為氧化釕電阻時，需進一步通過雷射燒蝕精確控制其阻值，以達到對動作時間的精確控制。公知的第一、第二 PTC元件41和42是具有正的溫度係數的熱敏電阻，優選為內阻低、PTC效應強的高分子金屬PTC元件。第一、第二 PTC元件41和42均在其相對兩側形成有一對電極，電極之間設有導電聚合物，其工作原理是當第一、第二 PTC元件41和42流過大電流時，元件產生大量的熱量不能及時的散發出去，導致聚合物溫度上升，當溫度達到材料結晶融化溫度時，聚合物急劇膨脹，阻斷由導電粒子組成的導電通路，導致電阻迅速上升，限制了大電流通過，從而起到過流保護作用。如圖2，在第一膜導電層31的第一連接部311和第二連接部313上分別通過回流焊的方式焊接第一 PTC元件41和第二 PTC元件42，使第一 PTC元件41的一極與第一連接部311電連接，第二 PTC元件42的一極與第二連接部313電連接。如上所述，第一 PTC元件41焊接到第一連接部311上後，第一 PTC元件41的另一極位於上面，用於與第一引線61的一端連接，優選為焊接，第一引線61的另一端從基板2伸出，便於連接到保護電路中。優選情況下，第一引線61與第一 PTC元件41的連接處鍍有錫，以增強可焊性及連接強度。第二引線62也以與第一引線61相同的方式和第二 PTC元件42連接，並且第二引線62與第二 PTC元件42的連接處也鍍有錫。 第三引線63的一端與第二膜導電層32連接，並且在連接處鍍有錫；第三引線的另一端從基板2伸出。以上，第一、第二、第三引線的材質可選擇但不包括鎳帶、鍍鎳鋼帶、銅帶，最好為鎳帶。在一優選實施例中，如圖3，在基板2的頂面，即焊接有第一、第二 PTC元件41和42的一麵包覆有封裝層71，以達到防鏽、防潮的目的，同時可保證發熱電阻5產生的熱量集中傳導至第一、第二 PTC元件41和42。例如可選擇但不限於常溫固化樹脂層、環氧樹脂層、UV膠層等進行封裝，從而形成包覆在基板2上的封裝層71。進一步地，如圖4，在封裝層71上設有硬質封裝片72，以提高電池保護元件I的結構強度並有效控制產品外形。該硬質封裝片72可選擇但不限於厚度為O. 25-0. 35mm的具有良好導熱、絕緣性能的Al2O3陶瓷或ZrO2陶瓷或聚醯胺。下面介紹本實用新型電池保護元件I的動作過程，將電池保護元件I安裝於電池保護電路中，如圖5，圖中電池具有保護電路C、二次電池E、控制IC 9、及三極體T，二次電池E是例如鋰離子二次電池、鎳氫二次電池或鎳鎘二次電池等可充電二次電池。保護電路是保護二次電池免於過充或過放的保護電路。保護電路具有連接端子A、B、D，及本實用新型的電池保護元件，可以理解的是，電池保護元件I的第一引線61伸出基板2的一端形成為連接端子A，第二引線62伸出基板2的一端形成為連接端子B，第三引線63伸出基板2的一端形成為連接端子D。連接端子A與一放電控制FET 82串聯後與二次電池的正極連接，連接端子B與一充電控制FET 81串聯後連接到充電裝置或外部設備的一端，充電裝置或外部設備的另一端連接到二次電池的負極。控制IC 9分別與放電控制FET 82、充電控制FET81、及三極體T連接，以控制它們的通斷。電池在過充電情況下，當充電控制FET 81失效時，控制IC 9控制三極體T接通，電流從連接端子B經過第二 PTC元件42，流向發熱電阻5，發熱電阻5產生熱量，並通過基板2和封裝層71、硬質封裝片72傳導至第一、第二 PTC元件41和42，若第一、第二 PTC元件41和42的溫度達到動作溫度，第一、第二 PTC元件41和42斷開以切斷電流，變為過充電保護狀態，保護二次電池免受過充電。電池在過放電情況下，當放電控制FET 82失效時，控制IC 9控制三極體T接通，電流從連接端子A經過第一 PTC元件41，流向發熱電阻5，發熱電阻5產生熱量，並通過基板2和封裝層71、硬質封裝片72傳導至第一、第二 PTC元件41和42，若第一、第二 PTC元件41和42的溫度達到動作溫度，第一、第二 PTC元件41和42斷開以切斷電流，變為過放電保護狀態，保護二次電池免受過放電。當控制IC 9亦失效時，第一、第二 PTC元件41和42通過大電流，會激發自身的PTC效應，以關斷電路，實現多重保護。以上所述僅為本實用新型的較佳實施例而已，並不用以限制本實用新型，凡在本實用新型的精神和原則之內所作的任何修改、等同替換和改進等，均應包含在本實用新型的保護範圍之內。
權利要求1.一種電池保護兀件,其特徵在於,包括基板(2),第一膜導電層(31),第二膜導電層(32)，發熱電阻(5)，第一 PTC元件(41)，第二 PTC元件(42)，第一引線(61 )，第二引線(62)及第三引線(63); 所述第一膜導電層(31)和第二膜導電層(32 )形成於基板(2 )的頂面，第一膜導電層(31)和第二膜導電層(32)互不連接；所述發熱電阻(5)位於基板(2)頂面，並且其兩端分別與第一膜導電層(31)和第二膜導電層(32)連接；所述第一 PTC元件(41)和第二 PTC元件(42)均在其相對兩側形成有一對電極，所述第一 PTC元件(41)的一極與第一膜導電層(31)連接，第一引線(61)與第一 PTC元件(41)的另一極連接並引出到基板(2)外；所述第二 PTC元件(42)的一極與第一膜導電層(31)連接，第二引線(62)與第二 PTC元件(42)的另一極連接並引出到基板(2)外；所述第三引線(63)與第二膜導電層(32)連接並引出到基板(2)外。
2.如權利要求I所述的電池保護元件，其特徵在於所述基板(2)的頂麵包覆有封裝層(71)。
3.如權利要求2所述的電池保護元件，其特徵在於所述封裝層(71)為常溫固化樹脂層或環氧樹脂層或UV膠層。
4.如權利要求2所述的電池保護元件，其特徵在於所述封裝層(71)上設有硬質封裝片(72)。
5.如權利要求I所述的電池保護元件，其特徵在於所述第一膜導電層(31)呈倒U形，包括第一連接部(311)、第二連接部(313)及連接第一連接部與第二連接部的中間連接部(312);所述第一 PTC元件(41)與第一連接部連接，第二 PTC元件(42)與第二連接部連接，發熱電阻(5)的一端與中間連接部連接。
6.如權利要求5所述的電池保護元件，其特徵在於所述第二膜導電層(32)設置於第一連接部(311)與第二連接部(313)之間。
7.如權利要求I所述的電池保護元件，其特徵在於所述基板(2)為陶瓷板或環氧樹脂板。
8.如權利要求I所述的電池保護元件，其特徵在於所述發熱電阻(5)為氧化釕電阻或貼片電阻。
9.如權利要求I所述的電池保護元件，其特徵在於所述第一引線(61)、第二引線(62)、及第三引線(63)分別與第一 PTC元件(41)、第二 PTC元件(42)及第二膜導電層(32)的連接處均鍍有錫。
專利摘要本實用新型提供了一種電池保護元件，包括基板，位於基板頂面的且互不連接的第一、二膜導電層，位於基板頂面且兩端分別與第一、第二膜導電層連接的發熱電阻，第一、二PTC元件，第一、二引線，及與第二膜導電層連接並引出到基板外的第三引線；第一、二PTC元件均在其相對兩側形成有一對電極，第一PTC元件的一極與第一膜導電層連接，第一引線與第一PTC元件的另一極連接並引出到基板外；第二PTC元件的一極與第一膜導電層連接，第二引線與第二PTC元件的另一極連接並引出到基板外。電池保護元件集成在基板上，體積小，有利於熱量的傳遞和保持，以及以較小的發熱功率實現PTC動作。PTC元件通過膜導電層與發熱電阻連接，導電性能好，接觸電阻小，連接可靠。
文檔編號H02H3/08GK202434623SQ20112055209
公開日2012年9月12日 申請日期2011年12月27日 優先權日2011年12月27日
發明者劉倩倩, 劉子嶽, 陳炎 申請人:比亞迪股份有限公司