CN112033561A - 一种温度传感元件、测温组件及电池包 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种温度传感元件，包括温度敏感元件，信号引出部，基层部以及封装部；其中基层部由导热材料制成，封装部由封装材料构成，温度敏感元件被封装材料覆盖；温度敏感元件与信号引出部相连接；温度敏感元件与信号引出部被设置于基层部表面，温度敏感元件紧贴于基层部表面或集成在一起。采用本发明提供的温度传感元件，在不需要额外运用绝缘导热防水等措施的条件下，可与被测物体直接接触进行温度测量；此外，此类温度传感元件可耐受高温热压的工艺条件，不会发生测量精度变差甚至失效。本发明还公开了一种包括前述的温度传感元件的测温组件和电池包。

Description

一种温度传感元件、测温组件及电池包

技术领域

本发明涉及温度传感元件领域，尤其涉及一种运用单面电极结构的温度传感元件、测温组件以及电池包。

背景技术

温度传感元件(temperature transducer)是指能感受温度并转换成可用输出信号的传感元件。温度传感元件广泛运用于各个工业领域需要测量或控制温度的场合。其中一类温度传感元件，利用的是金属随着温度变化，其电阻值也发生变化的原理，称为电阻式温度传感元件。对特定金属来说，温度每变化一度，电阻值会变化相应的数值，因此可以找到温度与电阻值的之间的对应关系，而电阻值又可以直接作为输出信号，因此，使用方便，运用广泛。

负温度系数热敏电阻(英文简称NTC)作为一种常用的测温元件，常被应用于动力电池包或储能电池包的温度的测量，较常见的几种应用方式为：负温度系数热敏电阻的两个端面带电极,通过表面贴装技术(英文简称SMT)焊接在印刷线路板(英文简称PCB)或柔性电路(英文简称FPC)上，或设计在导热绝缘密封结构中应用到电池包的模组面(含盖板)上，或将电极焊接在热敏电阻的分别两个端面上通过环氧包封成不同的结构形式中，以检测模组上的汇流排或电池电极连接片的温度或监测电芯表面或电芯盖板上的温度。

负温度系数热敏电阻的材料是利用锰、铜、硅、钴、铁、镍、锌等两种或两种以上的金属氧化物进行充分混合、成型、烧结等工艺而成的半导体陶瓷,可制成具有负温度系数的热敏电阻。NTC两端必须刷电极，所以在没有做任何包封或绝缘的情况下不能直接与被测物体直接接触。因此在其应用中，必须充分考虑到绝缘导热防水等措施，设计难度较高；同时绝缘防水等措施很大程度上又会影响到温度测量的响应时间和精度。

另外，此类产品在被工业应用过程中，可能会用到高温热压的工艺，现有的负温度系数热敏电阻在这种工艺条件下可能会发生断裂等从而影响测量精度甚至产品失效的情况。

因此，本领域的技术人员致力于开发一种新型的单面电极结构的温度传感元件，在不需要额外运用绝缘导热防水等措施条件下，可直接用于接触被测物体进行温度测量；此外，此类新型温度传感元件可耐受适度的高温热压的工艺条件，不会发生测量精度变差甚至失效的情况。

发明内容

图1展示了一种现有的贴片式热敏电阻，温度敏感元件1为负温度系数热敏电阻，电极被设置在温度敏感元件的两端，称为端部电极2。由于负温度系数热敏电阻与温度之间具有相关性，通过测量两个端部电极2之间的电阻值，即可得出对应的温度值。如果被测量的部件与图1所展示的热敏电阻接触的部位是导电的，则两个端部电极之间的电阻值就不再是温度敏感元件1本身的电阻值，为准确测量，必须在热敏电阻与被测量的部件之间额外增加一层绝缘导热层。另外，如果热敏电阻使用环境的湿度较大，两个端部电极之间的会发生离子迁移效应，离子迁移效应会使得电阻测量值与实际值之间存在偏差而阻值偏低或短路，为精确测量，需要采用防水措施。常用的防水措施为增加防水胶对整个传感器元件进行包封。如果贴片式热敏电阻应用在热压或贴片的工艺中，温度达到150-170度的高温或更高的温度条件下，负温度系数热敏电阻在这个温度下热压或贴膜等工艺，可能会发生产品开裂或断路以及信号漂移等失效的情况。

有鉴于现有技术的上述缺陷，本发明所要解决的技术问题是温度传感元件可直接与被测物接触面不需要附加绝缘导热防水等措施，同时可耐受工艺的高温高压等。

为实现上述目的，本发明提供了一种温度传感元件，包括温度敏感元件，信号引出部，基层部以及封装部；其中基层部由导热材料制成，封装部由封装材料构成，温度敏感元件被封装材料覆盖；温度敏感元件与信号引出部相连接；温度敏感元件与信号引出部被设置于基层部表面并与基层部紧贴。温度敏感元件在不同温度下呈现不同的电特性，温度与电特性之间存在一一对应的关系。所述元件通电后，电特性会以电信号的方式呈现，通过与之相连的信号引出部，可将电信号传输至外部电路。温度敏感元件与基层部紧贴，以保证基层部与温度敏感元件之间始终处于相同的温度环境下，以保证温度测量的精度。

其中，基层部包括信号面和测试面，基层部与温度敏感元件和信号引出部接触的面为信号面；温度敏感元件及所有信号面均被封装材料覆盖，基层部与被测物体接触的部分为测试面。测试面与被测物体接触，被测物体温度传导到基层部的信号面，再传导至与信号面紧贴的温度敏感元件。封装材料可以是一种绝缘且保温的材料，以减小封装材料覆盖部分热量的散失和外部环境对封装材料覆盖部分的热影响，保证测量精度。

其中，基层部还可以是由一种既导热又绝缘的材料制成，具有这种材料制成的基层部的温度传感元件，其测试面可与被测物体直接接触时，无论被测物表面是否是导电材料，都不需要再附加绝缘导热措施。

其中，信号引出部可部分被封装材料覆盖，也可以不被封装材料所覆盖。

其中，封装材料为绝缘材料，常用的材料为玻璃或环氧树脂。

作为一种优选，温度敏感元件为负温度系数热敏电阻，信号引出部为两个单面电极。其中负温度系数热敏电阻可以是一种由陶瓷材料经过高温烧结后再加工而成的元件；

作为另一种优选，温度敏感元件为铂电阻，信号引出部为两个单面电极，其中，基层部材料可以为陶瓷基片，铂电阻为用真空沉积的薄膜技术把铂溅射在陶瓷基片上制成。这种工艺制成的铂电阻，可以耐受170摄氏度以上的高温，同时在经受压力时，也不会影响铂电阻的功能，因此可以耐受压力；

其中，上述两个单面电极的尺寸以及两个电极之间的间距符合通用的表面贴装技术规范的要求，此时温度敏感元件为一种表面贴装元件(英文简称SMD)，可直接利用表面贴装技术连接到线路板电路上。

本发明还提供了一种测温组件，包括前述的温度传感元件、输出线路以及外绝缘装置，温度传感元件的测试面与被测物接触，输出线路与温度传感元件的信号引出部相连接，温度传感元件的温度敏感元件产生的电信号经过信号引出部和输出线路传送到与测温组件相连接的外部电路中；

其中，输出线路与信号引出部以焊接方式相连接，

其中，输出线路由柔性电路FPC或线路板PCB或导线或其他信号线路构成。

由此，本发明提供了一种新型的单面电极结构的温度传感元件和一种新的测温组件，在不需要额外运用绝缘导热防水等措施的条件下，可直接用于与被测物体直接接触而进行温度测量；此外，此类新型温度传感元件可耐受高温热压的工艺条件，不会发生测量精度变差甚至失效。

另外，本发明还提供了一种包含上述测温组件的电池包，包括电池组以及前述测温线路板组件或测温组件，电池组包括电芯或汇流排或电池电极连接片，温度传感元件与电芯或汇流排或电池电极连接片相连接，温度传感元件与电芯或汇流排或电池电极连接片相连接的部位被绝缘材料包覆。本发明提供的电池包，使用了单面电极温度传感元件，如铂电阻元件可有效提高一致性和输出的线性控制，可以有效地解决电池包的温度传感元件有可能在某些使用环境的影响下而发生的信号漂移，从而影响到电池包温度测量精度的技术问题，进而实现对电池包的工作温度的精准测量与控制。

以下将结合附图对本发明的构思、具体结构及产生的技术效果作进一步说明，以充分地了解本发明的目的、特征和效果。

附图说明

图1是一种现有的具有端面电极结构的贴片式热敏电阻；

图2是一种具有单面电极结构的温度传感元件立体图，其中温度敏感元件为负温度系数热敏电阻，温度敏感元件未覆盖封装材料；

图3是一种具有单面电极结构的温度传感元件立体图，其中温度敏感元件为负温度系数热敏电阻，温度敏感元件被封装材料所覆盖；

图4是图3的侧面剖视图；

图5是图2的俯视图；

图6是一种使用单面电极结构温度传感元件的测温组件的剖视图，其中温度敏感元件为负温度系数热敏电阻。

图7是一种具有单面电极结构的温度传感元件立体图，其中温度敏感元件为铂电阻；铂电阻表面未覆盖封装材料，

图8是一种具有单面电极结构的温度传感元件立体图，其中温度敏感元件为铂电阻；铂电阻被封装材料所覆盖，

图9是图8的侧面剖视图；

图10是图7的俯视图；

图11是一种使用单面电极结构温度传感元件的测温组件的剖视图，其中温度敏感元件为铂电阻。

其中1为温度敏感元件，2为端部电极，3为单面电极，4为基层部，5信号面，6为测试面，7为封装部，8为外绝缘保护层，9为带输出线路的柔性电路FPC或线路板PCB或导线或其他信号线路，10为被测物体。

具体实施方式

以下参考说明书附图介绍本发明的多个优选实施例，使其技术内容更加清楚和便于理解。本发明可以通过许多不同形式的实施例来得以体现，本发明的保护范围并非仅限于文中提到的实施例。

在附图中，结构相同的部件以相同数字标号表示，各处结构或功能相似的组件以相似数字标号表示。附图所示的每一组件的尺寸和厚度是任意示出的，本发明并没有限定每个组件的尺寸和厚度。为了使图示更清晰，附图中有些地方适当夸大了部件的厚度。

实施例1

图2-5中示出一种使用单面电极结构的温度传感元件的一个较优实施例。

包括温度敏感元件1，两个单面电极3组成的信号引出部，基层部4以及封装部7。

其中基层部4是由导热绝缘材料制成的长方体薄片，温度敏感元件为负温度系数热敏电阻1，是一种由陶瓷材料经过高温烧结后再加工而成的热敏元件，其两端分别与两个单面电极3相连接。

单面电极3由导电材料制成，温度敏感元件1的两端分别与两个单面电极3以电导通的方式连接。

温度敏感元件1与两个单面电极3与信号面5接触。温度敏元件1与信号面5必须充分紧密接触，必要时可以在二者之间增加导热材料，使其与温度敏感元件1之间的温度保持一致。基层部4选用绝缘导热材料，确保被测物体的温度变化可以迅速传导到温度敏感元件1，以保证输出的电阻值信号与被测物体的实际温度之间有正确的对应关系，从而保证测量精度。与信号面5相对的另外一个面为测试面6，测试面6被设置为与被测对象接触的面。

封装部7为玻璃或环氧树脂材质的防水材料，确保两个电极3之间的范围内绝缘和防水，可整体覆盖，也可只覆盖正面部分。

基层部4由导热绝缘材料制成，可以直接与任何被测物体接触，而不需要再附加任何绝缘导热措施，降低了应用此元件的产品的设计难度。

温度敏感元件1的大部分均被封装材料覆盖，环境中的水分无法接触到电极，因此也不需要再附加任何防水措施。同时，由于温度敏感元件1大部分与环境中的水分隔绝，大大降低了离子迁移效应，从而提高测量精度，减少误差。

实施例2

图2-6示出一种使用单面电极结构的温度传感元件的测温组件，其中温度敏感元件为负温度系数热敏电阻。

图2-5示出了温度传感元件。图6中，由温度敏感元件1、两个单面电极3，基层部4及封装部7构成的温度传感元件通过输出线路9传送信号。

温度传感元件的信号面5与被测物体10接触，测温组件整体与被测物10接触的部位具有外绝缘保护层8。

两个单面电极3与输出线路之间以电导通的方式连接，最常用的方式是焊接。由于两个单面电极3与温度敏感元件1之间是电导通的，因此温度敏感元件1产生的电阻信号(即温度信号)可以通过输出线路传输到主电路。

输出线路可以是电路板FPC或柔性电路板PCB或普通导线或其他信号传输载体，被测物10为电池组的汇流排或电池电极连接片或者电池的电芯。电池组的汇流排或电池电极连接片或者电池的电芯是导电体，如果不做附加的绝缘防水措施，会产生短路的问题，因此无法直接使用现有的温度传感元件。采用本发明的技术方案温度传感元件，因为基层部4本身是导热绝缘材料制成，可以直接与导电材料接触，因此可以解决这个问题。如果选用的温度传感元件的基层部4是只导热但不绝缘的材料，被测物10需要测温的面为导电材料时，例如为电池组的汇流排或电池电极连接片或者电池的电芯，则需要在被测物10与温度传感元件之间增加附加的绝缘层。

实施例3

图7-10中示出一种使用单面电极结构的温度传感元件的另一个较优实施例。

包括温度敏感元件1，两个单面电极3组成的信号引出部，基层部4以及封装部7。

其中温度敏感元件1为铂电阻，基层部4是由三氧化二铝材料料制成的薄片。

其中，铂电阻为用真空沉积的薄膜技术把铂溅射在基层部上制成。这种工艺制成的铂电阻，可以耐受170摄氏度以上的高温，同时在使用中经受压力时，铂电阻本身的电阻特性也不会并受到影响。因此，使用铂电阻作为温度敏感元件的温度传感元件，可以使用在需要热压工艺的场合，合理参数范围内，不会发生产品开裂或短路以及信号漂移等失效的情况。

两个单面电极3由导电材料制成，温度敏感元件1的两端分别与两个单面电极3以电导通的方式连接。

温度敏感元件1与两个单面电极3与信号面5接触。温度敏元件1与信号面5必须充分紧密接触，必要时可以在二者之间增加导热材料，使其与温度敏感元件1之间的温度保持一致。基层部4选用绝缘导热材料，确保被测物体的温度变化可以迅速传导到温度敏感元件1，以保证输出的电阻值信号与被测物体的实际温度之间有正确的对应关系，从而保证测量精度。与信号面5相对的另外一个面为测试面6，测试面6被设置为与被测对象接触的面。

封装部7为玻璃或环氧树脂材质的防水材料，确保两个电极3之间的范围内绝缘和防水，可整体覆盖，也可只覆盖正面部分。

基层部4由导热绝缘材料制成，可以直接与任何被测物体接触，而不需要再附加任何绝缘导热措施，降低了应用此元件的产品的设计难度。

温度敏感元件1全部被封装材料覆盖，环境中的水分无法接触到电极，因此也不需要再附加任何防水措施。同时，由于温度敏感元件1与环境中的水分隔绝，大大降低了离子迁移效应，从而提高测量精度，减少误差。

实施例4

图7-11示出一种使用单面电极结构的温度传感元件的测温组件，其中温度敏感元件为铂电阻。

图7-10示出了温度传感元件。图11中，由温度敏感元件1、两个单面电极3，基层部4及封装部7构成的温度传感元件通过输出线路9传送信号。

温度传感元件的信号面5与被测物体10接触，测温组件整体与被测物10接触的部位具有外绝缘保护层8。

两个单面电极3与输出线路之间以电导通的方式连接，最常用的方式是焊接。由于两个单面电极3与温度敏感元件1之间是电导通的，因此温度敏感元件1产生的电阻信号(即温度信号)可以通过输出线路传输到主电路。

输出线路可以是电路板FPC或柔性电路板PCB或普通导线或其他信号传输载体，被测物10为电池组的汇流排或电池电极连接片或者电池的电芯。电池组的汇流排或电池电极连接片或者电池的电芯是导电体，如果不做附加的绝缘防水措施，会产生短路的问题，因此无法直接使用现有的温度传感元件。采用本发明的技术方案温度传感元件，因为基层部4本身是导热绝缘材料制成，可以直接与导电材料接触，因此可以解决这个问题。如果选用的温度传感元件的基层部4是只导热但不绝缘的材料，被测物10需要测温的的面为导电材料时，例如为电池组的汇流排或电池电极连接片或者电池的电芯，则需要在被测物10与温度传感元件之间增加附加的绝缘层。

实施例5

一种电池包，包含上述实施例2或者实施例4所描述的测温组件。

电池包，包括电池组以及前述测温线路板组件或测温组件，电池组包括电芯或汇流排或电池电极连接片，温度传感元件与电芯或汇流排或电池电极连接片相连接，温度传感元件与电芯或汇流排或电池电极连接片相连接的部位被绝缘材料包覆。

以上详细描述了本发明的较佳具体实施例。应当理解，本领域的普通技术无需创造性劳动就可以根据本发明的构思作出诸多修改和变化。因此，凡本技术领域中技术人员依本发明的构思在现有技术的基础上通过逻辑分析、推理或者有限的实验可以得到的技术方案，皆应在由权利要求书所确定的保护范围内。

Claims (10)

1.一种温度传感元件，包括温度敏感元件，信号引出部，其特征在于，还包括基层部以及封装部；其中所述基层部由导热材料制成，所述封装部由封装材料构成，所述温度敏感元件被所述封装材料覆盖；所述温度敏感元件与所述信号引出部相连接；所述温度敏感元件与所述信号引出部被设置于所述基层部表面，所述温度敏感元件紧贴于所述基层部表面。

2.如权利要求1所述的温度传感元件，其特征在于，所述基层部包括信号面和测试面，所述基层部与所述温度敏感元件和所述信号引出部接触的面为所述信号面；所述温度敏感元件及所有所述信号面均被所述封装材料覆盖；所述基层部与被测物体接触的部分为所述测试面。

3.如权利要求1所述的温度传感元件，其特征在于，所述基层部的材料为绝缘材料制成。

4.如权利要求1所述的温度传感元件，其特征在于，所述信号引出部的部分被所述封装部覆盖。

5.如权利要求1所述的温度传感元件，其特征在于，所述信号引出部不被所述封装部覆盖。

6.如权利要求1所述的温度传感元件，其特征在于，所述封装材料为绝缘或绝缘导热材料。

7.如权利要求1所述的温度传感元件，其特征在于，所述信号引出部为两个单面电极。

8.如权利要求7所述的温度传感元件，其特征在于，所述两个单面电极的尺寸以及两个电极之间的间距符合通用表面贴装技术规范的要求。

9.如权利要求1所述的温度传感元件，其特征在于，所述温度敏感元件为负温度系数热敏电阻。

10.如权利要求1所述的温度传感元件，其特征在于，所述负温度系数热敏电阻由陶瓷材料制成。

Images