TWI426637B

TWI426637B - 電池模組

Info

Publication number: TWI426637B
Application number: TW100101057A
Authority: TW
Inventors: Jian Jang Lai; Ko Yueh Chen; Meng Shun Wu
Original assignee: Delta Electronics Inc
Priority date: 2011-01-12
Filing date: 2011-01-12
Publication date: 2014-02-11
Also published as: US20120177972A1; TW201230451A

Description

電池模組

本發明係關於一種電池模組，特別係關於一種平板電池模組。

由於電池組在使用時會因為充、放電而產生大量廢熱，其不但會影響設備的運轉效率，更可能導致設備的損壞，尤其當電池組堆疊成電池堆時，產生的廢熱甚至會造成危險。為此，電池組的散熱系統一直是受到關注的題目。

在習知技術中，散熱大多係藉由在電池組的結構內設計許多相通的風道，透過風道的對流攜出電池組廢熱而達到散熱效果。然而，此種散熱系統常常因為風道繁多且複雜，無法使電池組維持在良好的均溫狀態，造成各電池間的溫差明顯，降低電池的壽命及效能。又，為了擴大散熱效果，風道結構在電池組內部佔有的空間比例往往相當大，且需要增設鎖點與零件數目來架構，不僅降低體積利用率，也導致生產成本增加。

此外，習知技術的電池模組結構亦有安全性的疑慮。主要係由於電極與電池本體間係分別固定，當電池組受到外力的衝擊或震動時，電極與電池本體會產生不同的震動頻率，進而形成外力拉扯電極的兩端，容易造成電極的斷裂，甚至產生火花。

因此，如何提供一種電池模組，其能夠提高散熱效率並減少風道體積，以增加電池使用效能，且同時透過元件結構的設計，改善電池模組受力時的緩衝能力，避免電極發生斷裂，已成為重要課題之一。

有鑑於上述課題，本發明的目的為提供一種電池模組，其能夠提高散熱效率並減少風道體積，以增加電池使用效能，且同時透過元件結構的設計，改善電池模組受力時的緩衝能力，避免電極發生斷裂。

為達上述目的，依據本發明的一種電池模組包括一殼體、複數導熱板、複數平板電池以及一固定單元。導熱板及平板電池均容置於殼體。二平板電池間設置導熱板至少其中之一，且至少其中之一接觸導熱板。各平板電池分別具有一電池本體及至少一電極，且電極連接並突出於電池本體。固定單元容置於殼體，且電極固設於固定單元。其中，導熱板係沿一方向設置，二導熱板間具有一距離，且距離至少大於平板電池的一厚度。

在本發明的一實施例中，另一平板電池係接觸另一導熱板。

在本發明的一實施例中，平板電池係以一表面平貼接觸導熱板。

在本發明的一實施例中，電極介於固定單元與電池本體間的一長度係大於固定單元與電池本體間的一距離。其中，長度大於距離的一部份係形成一皺摺或一彎曲結構。

在本發明的一實施例中，電極係由固定單元鄰近電池本體的一側穿過固定單元，而固設於相對於電池本體之另一側。

在本發明的一實施例中，固定單元具有至少一導電材料，且電極係透過固定於導電材料而固設於固定單元。

在本發明的一實施例中，殼體具有至少一入風口及至少一出風口，一氣流經由入風口進入而由出風口離開電池模組。

在本發明的一實施例中，電池模組更包括至少一導熱柱體。導熱柱體容置於殼體，且接觸與平板電池接觸的導熱板。其中，導熱柱體係藉由套設於導熱板的一通孔而接觸導熱板。

在本發明的一實施例中，電池模組更包括至少一熱交換板。熱交換板係與導熱板沿垂直於導熱板的一方向設置，且熱交換板與導熱柱體接觸。較佳地，導熱柱體鎖附於熱交換板之一表面。較佳地，電池模組包括二熱交換板，分別設置於導熱板沿方向的相對兩側。此外，殼體具有至少一入風口及至少一出風口，一氣流經由入風口進入而由出風口離開電池模組，且氣流接觸熱交換板。

在本發明的一實施例中，電池模組更包括一底座，且熱交換板固設於底座。其中，導熱板、熱交換板、固定單元及底座固定而成一整體。較佳地，底座係固定於殼體之一側。

承上所述，依據本發明的一種電池模組，利用平板電池設置於導熱板上的結構，有效將平板電池產生的廢熱引導出來，且進一步透過導熱柱體串連多個導熱板，以透過對流方式收集廢熱並傳導至最外側的導熱性板材，當空氣通入電池模組並接觸熱交換板後，即可完成熱交換，均衡電池模組整體溫度。更重要的是，由於導熱板本身即為固定平板電池使用的板體，因而整體係為一種整合散熱系統與固定結構的設計，故能有效縮小電池模組的體積。

另外，本發明的電池模組藉由絕緣性固定單元的設置，使平板電池的電極能夠與電池本體固定於殼體的同一基準面上，藉以協調兩者的震動頻率，以吸收受到衝擊時的大部分外力。再者，又由於電極可在保留預設長度的情況下固定於固定單元，因此存有緩衝空間抵銷拉扯力道，提高電池模組的使用壽命，且同時可避免冷卻用的氣流直接與電池接觸，提高安全性。又，由於電極與電池本體固定結構的改良，讓衝擊外力能由整體電池模組吸收，避免受到震動時，電極遭受過度的拉扯而斷裂，增加電池模組安全性。

1、5‧‧‧電池模組

11、51‧‧‧殼體

111、511‧‧‧入風口

112、512‧‧‧出風口

12、52‧‧‧導熱板

13、53‧‧‧平板電池

131‧‧‧電池本體

132、532‧‧‧電極

14、54‧‧‧固定單元

141‧‧‧導電材料

142‧‧‧鎖孔

143、144‧‧‧固定單元的一側

15、55‧‧‧底座

521‧‧‧通孔

56‧‧‧導熱柱體

57‧‧‧熱交換板

544、551、571、573、574‧‧‧螺孔

572‧‧‧凸出部

A‧‧‧氣體流動方向

C‧‧‧彎曲結構

D、D₁、D₃‧‧‧方向

H‧‧‧熱傳導路徑

D₂、d‧‧‧距離

t‧‧‧厚度

圖1為依據本發明第一較佳實施例的一種電池模組的側視剖面圖；圖2為本發明第一較佳實施例另一實施態樣的一種電池模組的側視剖面圖；圖3為圖1所示之電池模組的一外觀示意圖；圖4A為圖1所示的電池模組分離部分殼體時的一示意圖；圖4B為圖4A所示的電池模組的固定單元的一放大示意圖；圖5A為依據本發明第二較佳實施例的電池模組分離殼體時的示意圖；以及圖5B為圖5A所示的電池模組的一側視剖面圖。

以下將參照相關圖式，說明依據本發明較佳實施例之電池模組，其中相同的元件將以相同的參照符號加以說明。

圖1為依據本發明第一較佳實施例的一種電池模組的側視剖面圖。請參考圖1所示，在本實施例中，電池模組1包括一殼體11、複數導熱板12、複數平板電池13以及一固定單元14。其中，導熱板12、平板電池13以及固定單元14均容置於殼體11。電池模組1可為車用電池模組，且應用時係由複數個電池模組1堆疊成電池堆以進行充、放電。適於本發明使用的平板電池13較佳為平板型鋰電池，然而，其他原料製成的平板型電池亦可使用。其中，殼體11較佳為絕緣殼體。

導熱板12係沿一方向D而彼此平行設置。其中，所稱之「平行」係涵蓋製程過程中因瑕疵或不可避免之因素所造成的誤差。此外，導熱板12可選擇性地固定設置於一絕緣塑膠底座15，以穩固彼此間相對位置。又或者，導熱板12可直接固定設置於殼體11內表面的一側，本發明在此不限。在本實施例中，導熱板12為金屬導熱板，並由具高導熱效果的金屬製成。

各平板電池13分別具有一電池本體131及二電極132，且電極132連接並突出於電池本體131。平板電池13須與導熱板12接觸，以導出產生的廢熱。請參考圖1所示，依據本發明之電池模組的結構，二平板電池13間設置導熱板12至少其中之一，且至少此二平板電池13其中之一係接觸位於中間的導熱板12。在本實施例中，二平板電池13間係夾設一導熱板12，並均接觸此導熱板12，且分別位於導熱板12的相異兩側。然而，請參考圖2所示，在本實施例的其他態樣中，二平板電池13間係設置一導熱板12，但由二平板電池13中沿方向D位於右側者的接觸此導熱板12，而另一平板電池13則接觸另一導熱板12(如圖所示的次一個導熱板12)，且平板電池13均係位於導熱板12的相同一側(沿方向D上的右側) 。就兩者的接觸而言，平板電池13係基於實質上平行導熱板12的方式，以表面平貼接觸導熱板12。

需注意的是，導熱板12與平板電池13設置時，二導熱板間具有一距離d，且距離d至少大於平板電池13的一厚度t。請參考圖1所示，在本實施例中，二導熱板間的距離d係大於兩個平板電池13的厚度(各平板電池的厚度為t)。換言之，單一平板電池13不會同時接觸兩個相鄰的導熱板12，以預留平板電池13作用時的膨脹空間。

圖3為圖1所示之電池模組的外觀示意圖。請同時參考圖1及圖2所示，在本實施例中，殼體11為絕緣材料製成，且較佳係為塑膠製成。殼體11底部沿方向D₁的前後兩側分別具有一入風口111，而頂端則相對具有一出風口112，以於兩者間形成氣體流道，供氣體流通(如圖3所示的氣體流動方向A)。由於平板電池13可先與導熱板12整體達成熱平衡，導出產生的廢熱，其後，透過氣體進入並離開電池模組1，以對流方式帶出電池廢熱，完成散熱。

圖4A為圖1所示的電池模組分離部分殼體時的示意圖，而圖4B為圖4A所示的電池模組的固定單元的放大示意圖。請同時參考圖4A及圖4B所示，在本實施例中，固定單元14係為絕緣構件，且在一側表面上具有複數導電材料141，較佳地係為導電係數良好的導電材料141，以供平板電池13的電極132固定。導電材料141具有複數鎖孔142，可進一步鎖附於固定單元14，達到同時固定電極132與收集平板電池13電能統一輸出的目的。詳而言之，電極132係由固定單元14鄰近電池本體131的一側143穿過固定單元14，而固定設置於固定單元14上相對於電池本體131之另一側144上的導電材料141。至於，電極132固定於導電材料141的方式可例如焊接。當然，在本實施例的其他態樣中，導電材料141亦可整合為單一一片或為其他數量，以適合電極132固定即可。

又請參考圖1所示，在本實施例中，電極132介於固定單元14之一側143與電池本體131間的長度係大於固定單元14與電池本體131間的一距離D₂。換言之，電極132在固定單元與電池本體131間不會呈緊繃狀態，而具有彈性空間。電極132的長度大於距離D₂的一部份可例如但不限於形成一皺摺或一彎曲結構C(如圖所示)。

據此，由於電極固定於導電材料且再進一步藉由例如點焊、超音波焊接、雷射焊接與磨擦焊接等低溫製程方法固定於固定單元，使得受到外力衝擊或震動時，電極與電池本體間的相對運動幅度降低，減少電極受拉扯造成斷裂的風險，再者，電極於固定單元及電池本體間預留的長度亦可緩衝部分的受力，保障電池模組的壽命。

圖5A為依據本發明第二較佳實施例的電池模組分離殼體時的示意圖，而圖5B為本發明第二較佳實施例的電池模組的側視剖面圖。在本發明第二實施例中，電池模組的元件結構與技術特徵大致與本發明第一較佳實施例相同，惟更包括至少一導熱柱體56及至少一熱交換板57。請參考圖5A所示，在本實施例中，電池模組5包括六個導熱柱體56及兩片熱交換板57。導熱柱體56係例如由導熱金屬製成，且較佳係由銅或鋁製成。熱交換板57的材質可與導熱板52相同或不同，本發明在此並無特別限制，但厚度較導熱板52為厚。較佳地，熱交換板57係由與導熱板52相同材料的導熱金屬製成。另外，在本實施例中，兩導熱板52間的距離係由導熱柱體56的高度決定，亦預留固定空間供平板電池53膨脹使用。

請參考圖5A所示，在本實施例中，導熱柱體56容置於殼體，且藉由套設於導熱板52兩側的通孔521而接觸導熱板52接觸，特別係接觸與平板電池53接觸的導熱板52。熱交換板57係沿方向D₃設置於導熱板52的相對兩外側，且同樣至少部分與導熱柱體56接觸。熱交換板57上可例如具有螺孔571，以利於使用螺鎖方式將熱交換板57與導熱板52及導熱柱體56共同固定，較佳地，導熱柱體56係鎖附於熱交換板57之一表面。至於其他能於熱交換板57外側施一壓緊力，使平板電池53、導熱板52、導熱柱體56以及熱交換板57間維持良好接觸的固定方法亦可使用，以達到固定電池模組5與提高散熱效率的目的。

請參考圖5B所示，由於導熱板52、導熱柱體56以及熱交換板57均具有導熱功能且彼此接觸，因此平板電池53所產生的廢熱會經由導熱板52傳至導熱柱體56，再由導熱柱體56匯集各導熱板52的廢熱後，傳導至熱交換板57(如圖中所示的熱傳導路徑H)。由於殼體51具有入風口511及出風口512，且氣流通道設計經過熱交換板57。故當氣流經由入風口511進入而由出風口512離開電池模組5後(如圖所示的氣體流動方向A)，氣流可直接接觸熱交換板57，利用對流方式將熱交換板57集中的熱移出，維持電池模組5內的熱平衡。

請參考圖5A所示，在本實施例中，導熱板52、熱交換板57、固定單元54及底座55固定而成一整體。詳而言之，導熱板52、固定單元54及底座55係共同固定於兩側的熱交換板57而形成一整體。其中，熱交換板57在鄰近於固定單元54的一端具有凸出部572，其上具有螺孔573，可與固定單元54上的螺孔544配合，而以螺鎖的方式固定兩者。同樣地，熱交換板57在鄰近於底座55的一端亦具有螺孔574，以與底座55的螺孔551配合，而固設於底座55。其後，底座55再進一步地固定於殼體51內表面的一側，以使電池模組5內各主要元件間的相對位置維持固定。據此，在受到外力或震動時，平板電池53與固定單元54間的位移得以減少，避免連結兩者的電極532受到拉扯而斷裂。

綜上所述，依據本發明的一種電池模組，利用平板電池設置於導熱板上的結構，有效將平板電池產生的廢熱引導出來，且進一步透過導熱柱體串連多個導熱板，以透過對流方式收集廢熱並傳導至最外側的導熱性板材，當空氣通入電池模組並接觸熱交換板後，即可完成熱交換，均衡電池模組整體溫度。更重要的是，由於導熱板本身即為固定平板電池使用的板體，因而整體係為一種整合散熱系統與固定結構的設計，故能有效縮小電池模組的體積。

另外，本發明的電池模組藉由絕緣性固定單元的設置，使平板電池的電極能夠與電池本體固定於殼體的同一基準面上，藉以協調兩者的震動頻率，以吸收受到衝擊時的大部分外力。再者，又由於電極可在保留預設長度的情況下固定於固定單元，因此存有緩衝空間抵銷拉扯力道，提高電池模組的使用壽命。

與習知技術相較，利用本發明的電池模組，不需額外設計空氣流道，不僅增加空間利用率，提高車中有限容量能設置的電池模組數量，亦有效減少鎖點及零件數目，且同時可避免冷卻用的氣流直接與電池接觸，提高安全性。又，由於電極與電池本體固定結構的改良，讓衝擊外力能由整體電池模組吸收，避免受到震動時，電極遭受過度的拉扯而斷裂，增加電池模組安全性。

以上所述僅為舉例性，而非為限制性者。任何未脫離本發明之精神與範疇，而對其進行之等效修改或變更，均應包含於後附之申請專利範圍中。

1‧‧‧電池模組

11‧‧‧殼體

12‧‧‧導熱板

13‧‧‧平板電池

131‧‧‧電池本體

132‧‧‧電極

14‧‧‧固定單元

143‧‧‧固定單元的一側

15‧‧‧底座

C‧‧‧彎曲結構

D‧‧‧方向

D₂、d‧‧‧距離

t‧‧‧厚度

Claims

一種電池模組，包括：一殼體；複數導熱板，容置於該殼體；複數平板電池，容置於該殼體，二該平板電池間設置該些導熱板至少其中之一，且二該平板電池的至少該其中之一接觸該至少一導熱板，每一該些平板電池分別具有一電池本體及至少一電極，該些電極連接並突出於該電池本體；以及一固定單元，容置於該殼體，該些電極固設於該固定單元。
如申請專利範圍第1項所述之電池模組，其中該另一平板電池係接觸另一該導熱板。
如申請專利範圍第1項所述之電池模組，其中二該平板電池係位於該導熱板的相同或相異側。
如申請專利範圍第1項所述之電池模組，其中該平板電池係以一表面平貼接觸該導熱板。
如申請專利範圍第1項所述之電池模組，其中該些導熱板係沿一方向設置，二該些導熱板間具有一距離，且該距離至少大於該些平板電池的一厚度。
如申請專利範圍第1項所述之電池模組，其中該至少一電極介於該固定單元與該些電池本體間的一長度係大於該固定單元與該些電池本體間的一距離。
如申請專利範圍第6項所述之電池模組，其中該長度大於該距離的一部份係形成一皺摺或一彎曲結構。
如申請專利範圍第1項所述之電池模組，其中該些電極係由該固定單元鄰近該些電池本體的一側穿過該固定單元，而固設於相對於該些電池本體之另一側。
如申請專利範圍第1項所述之電池模組，其中該固定單元具有至少一導電材料，且該些電極係透過固定於該至少一導電材料而固設於該固定單元。
如申請專利範圍第1項所述之電池模組，其中該殼體具有至少一入風口及至少一出風口，一氣流經由該入風口進入而由該出風口離開該電池模組。
如申請專利範圍第1項所述之電池模組，更包括：至少一導熱柱體，容置於該殼體，且該導熱柱體接觸該些與平板電池接觸的導熱板。
如申請專利範圍第11項所述之電池模組，其中該導熱柱體係藉由套設於該些導熱板的一通孔而接觸該些導熱板。
如申請專利範圍第12項所述之電池模組，更包括：至少一熱交換板，係與該些導熱板沿垂直於該些導熱板的一方向設置，且該熱交換板與該導熱柱體接觸。
如申請專利範圍第13項所述之電池模組，其中該導熱柱體鎖附於該熱交換板之一表面。
如申請專利範圍第13項所述之電池模組，其中該電池模組包括二該熱交換板，分別設置於該些導熱板沿該方向的相對兩側。
如申請專利範圍第15項所述之電池模組，其中該殼體具有至少一入風口及至少一出風口，一氣流經由該入風口進入而由該出風口離開該電池模組，且該氣流接觸該熱交換板。
如申請專利範圍第13項所述之電池模組，更包括：一底座，該熱交換板固設於該底座。
如申請專利範圍第17項所述之電池模組，其中該些導熱板、該熱交換板、該固定單元及該底座固定而成一整體。
如申請專利範圍第18項所述之電池模組，其中該底座係固定於該殼體之一側。