CN102867980A - 电池模块 - Google Patents

Abstract

本发明揭露一种电池模块，包括多个电池单元。电池单元具有一第一面及一第二面，且电池单元沿一方向堆栈设置，电池单元包括一框体、至少一个电池以及至少两个导体。框体具有至少一个第一容置槽，第一容置槽位在第一面。电池容置在第一容置槽，电池具有两个极柄。导体与框体连接设置在第二面，导体具有一熔接部，位在第一面，且二个导体的熔接部分别与两个极柄超音波熔接。其中，相邻的电池单元的导体彼此连接固定。本发明的电池模块通过导体与导体、导体与框体及框体与框体间的组装结构设计，使电池模块在并联多个电池单元时易于组装，故可进一步提高组装的稳固度、组装效率及产品可靠度。

Description

电池模块

技术领域

本发明关于一种电池模块，特别关于一种棱柱式电池模块。

背景技术

随着科技的迅速发展，各种电子装置丰富了我们的生活，而对于可移动式电子装置而言，其需要电池作为能量供应的来源。其中，棱柱型电池(prismaticcell)呈薄矩形状的外观，为常用的电池种类之一。多个棱柱式电池可组成一个电池模块，电池模块可与其它组件如电子控制模块等组成一个电池组(pack)，以供各种运输工具使用。

图1是公知的一种棱柱型电池模块1，其包括一框体11、多个电池12及多个金属片13。电池12堆栈排列，每一个电池12具有一正极柄121a及一负极柄121b。金属片13是一种较极柄还厚的金属导体，以多个螺丝14螺合在框体11。正极柄121a或负极柄121b弯折至金属片13设置的一面后，通过电阻焊接的方式焊接至金属片13，使金属片13电性连接相邻电池12的至少两个正极柄121a或负极柄121b，以并联多个电池12。

然而，电阻焊接方式有诸多缺点，例如，极柄121a、121b的厚度超过0.1厘米时，电阻焊接将难以施行，若加大焊接能量又容易导致焊点烧焦或破裂；其二，电阻焊接形成的焊点面积很小，换言之，两者之间连接的导电面积小，导致当电池模块1进行大电流充放电时，焊点处产生大量热能，造成电池模块1过热或温度不均的现象，尤其当堆栈多个电池12时，产生的废热累积起来相当可观，不但影响其应用设备的运转效率，还可能导致设备的损坏甚至造成危险；其三，极柄121a、121b若是铝材质时，几乎无法与其它金属材质焊接，而必须转焊成铜或镍的极柄材料，除了使成本上升外，转焊后的接触面积又会再次下降。另外，公知的电池模块1结构中，极柄与金属片焊接前需使极柄121a、121b弯折，而会使其导电率下降。

公知技术的电池模块1结构亦有安全性的疑虑。若电池模块1应用在车辆环境中时，因长时间处在震动的环境下，小面积的焊点其强度的可靠度也遭受严重考验。同时，由于固定金属片13在框体11时利用了许多小型螺丝14，并且螺丝14的组装点相当接近，不仅组装不便，在组装螺丝14时也容易不小心误触造成短路，再者，小型螺丝14在震动环境下的牢固度也是极大的隐忧。

此外，图1中的金属片13以可并联六个电池12的态样为例，图2A及图2B分别显示图1中的金属片13以及可使两个电池并联的金属片13a。为了因应应用上的需求而欲改变电池12的并联数量时，如图2A及图2B所示，金属片13的构型也需要跟着修改，无法共享，从而造成开发成本的增加。

因此，如何提供一种电池模块，能够改善电阻焊接的缺点，提升电池模块的性能及安全性，同时透过其组装结构的设计，以提高组装效率及产品可靠度且利于调整应用，进而降低生产成本，已成为当前重要课题。

发明内容

本发明的目的是提供一种电池模块，能够改善电阻焊接的缺点，提升电池模块的性能及安全性，同时透过其组装结构的设计，以提高组装效率及产品可靠度且利于调整应用，进而降低生产成本。

本发明可采用以下技术方案来实现的。

依据本发明的一种电池模块，包括多个电池单元。电池单元具有一第一面及一第二面，电池单元沿一方向堆栈组装，电池单元包括一框体、至少一个电池以及至少两个导体。框体具有至少一个第一容置槽，第一容置槽位在第一面。电池容置在第一容置槽，电池具有两个极柄。导体与框体连接设置在第二面，导体具有一熔接部，位在第一面。其中，相邻的电池单元的导体彼此连接固定。

在一实施例中，框体还具有至少两个第二容置槽，其位在第二面，两个导体分别设置在两个第二容置槽。

在一实施例中，导体具有至少一个固定部，其与框体连接，其连接的方式为卡合、螺合、胶合、熔合或上述方式的组合。

在一实施例中，框体还具有至少一个定位件，以固定相邻的电池单元。

在一实施例中，电池胶接于第一容置槽。

在一实施例中，两个极柄是一正极柄及一负极柄，连接正极柄的导体彼此连接固定，连接负极柄的导体彼此连接固定，导体的数量对应电池的数量设置。其中，导体彼此连接的方式可为卡合、螺合、熔合或上述方式的组合。

在一实施例中，当电池单元包括多个电池时，电池模块可还包括至少一个串联件，设置在第二面，串联件串接相邻的电池。其中，串联件串接相邻的电池的方式可为卡合、螺合、熔合或上述方式的组合，使连接其中一个电池的正极柄的至少一个导体，与连接相邻的另一个电池的负极柄的至少一个导体电性连接。在一优选实施例中，电池单元的导体具有一通孔，通孔设置在第二面，串联件通过通孔与导体螺合，较佳地，电池模块可还包括一分压线，分压线通过通孔与导体连接。

在一实施例中，电池单元中最外侧的两个电池单元的导体设置在第二容置槽时，导体相对在两个电池单元的框体凹入。

在一实施例中，导体的熔接部是一凹部，凹部还可以是一精铣凹部。其中，凹部平面的平行度与导体连接时的前后承靠平面平行。

在一实施例中，两个导体的熔接部分别与两个极柄超音波熔接。

承上所述，本发明的电池模块通过导体与导体、导体与框体及框体与框体间的组装结构设计，使电池模块在并联多个电池单元时易于组装，故可进一步提高组装的稳固度、组装效率及产品可靠度，同时大幅减少并联电池单元所使用的螺丝，且并联的电池数量愈多其节省的效益愈大，因而能有效降低生产成本及组装时数。并且，电池极柄与导体透过超音波熔接的方式达到固定电池极柄的目的，此方式可改善电阻焊接的缺点，避免焊点的发热现象并加大导电面积，以提升电池模块的性能及安全性。此外，由于电池模块常随着各种应用需要并联不同数量的电池单元，通过本发明的电池模块，不论并联数量多寡皆不需改变导体的构型，可共享于各种设计，故在设计上可具有极大的弹性，进而又节省了开发模具的成本。

附图说明

图1是一种公知的电池模块的示意图；

图2A及图2B是公知的不同态样的金属片的示意图；

图3A是本发明优选实施例的一种电池模块的组合示意图；

图3B是本发明优选实施例的一种电池模块的部份分解示意图；

图4是本发明优选实施例的电池模块的框体的示意图；以及

图5是本发明优选实施例的电池模块的部份分解示意图。

主要元件符号说明：

1、2：电池模块

11、21：框体

12、22：电池

121a、221a：正极柄

121b、221b：负极柄

13、13a：金属片

14、25a、25b：螺丝

20、20a、20b、20c：电池单元

211：第一容置槽

212：第二容置槽

213：走线部

214：定位件

215：凹部

221：极柄

23、23a、23b、23c：导体

231：熔接部

232：固定部

233：沉头孔

234：牙孔

235：长孔

236：通孔

26：串联件

D1：方向

S1：第一面

S2：第二面

W、W₁：宽度

具体实施方式

以下将参照相关图式，说明依本发明优选实施例的一种电池模块，其中相同的元件将以相同的元件符号加以说明。

图3A为本发明优选实施例的一种电池模块2的组合示意图，图3B为电池模块2的部份分解示意图。如图3A及图3B所示，电池模块2包括多个电池单元20，电池单元20具有一第一面S1及一第二面S2，且电池单元20沿一方向D1堆栈设置。电池单元20包括一框体21、至少一个电池22以及至少两个导体23。在此，电池模块2以具有八个电池单元20，且每个电池单元20包括两个电池22为例，其中，电池22的表面以绝缘胶带包覆，提高其耐压性。电池模块2可作为车用电池模块，在应用时由多个电池模块2堆栈成电池组以进行充、放电。适用于本实施例中使用的电池22可例如但不限于棱柱型锂电池，然而，其它原料制成的棱柱型电池亦可使用。

另请同时参照图4所示，其是本发明优选实施例的电池模块2的框体21的示意图，框体21具有至少一个第一容置槽211，第一容置槽211位在第一面S1，用以容置电池22。在本实施例中，框体21还可具有至少两个第二容置槽212，位在第二面S2，两个导体23分别设置在两个第二容置槽212。第一容置槽211及第二容置槽212分别对应电池22及导体23的形状设计。框体21还可包括至少一个走线部213，位在第二面S2且设置在二导体23之间，以隔开两个导体23并方便整理及固定电池模块1的线路。当电池单元20彼此堆栈设置时，通过框体21上的至少一个定位件214，来固定相邻的电池单元20。定位件214在此以四个凸部及四个凹部为例，设置在框体21的四个角及二长边上，当然，虽然图中仅显示电池单元20第一面S1上的定位件214，其相对第一面S1的另一面亦有对应设置的定位件214，以与另一个电池单元20组装固定。

电池22容置在第一容置槽211，各电池22具有两个极柄221，分别是一正极柄221a及一负极柄221b。导体23具有一熔接部231，位在第一面S1，且二导体23的熔接部231分别与两个极柄221超音波熔接，意即，导体23的设置数量与电池22极柄221的数量相同，因此导体23的数量会随着电池单元20内电池22的设置数量而变。在此，熔接部231可以是一凹部，在此实施例是一精铣凹部，方便置放极柄221于上后进行熔接。又由于熔接部231与极柄221的接触面的粗糙度会影响超音波熔接的效果，故熔接部231与极柄221较佳可经过计算机数值控制CNC)加工，使两者的接触面平滑且互相平行。另外，为了提升电池模块2的抗震度并避免在受到外力或震动时，连结电池22及导体23的极柄221受到拉扯而断裂，可以在第一容置槽211内点胶使电池22固设在其中。

上述的导体23是一金属块，其材质可以是铝、铜等金属导电材质，其与框体21连接设置在第二面S2。正因极柄221可在电池单元20的第一面S1上与熔接部231超音波熔接，所以在组装电池单元20的过程中，进行固设电池22在框体21、设置导体23在第二容置槽212、使极柄221与导体23超音波熔接等组装步骤时可以在同样的第一面S1施工即可完成，而不需换面，且此组装过程亦不需要治具定位，从而可提升组装效率并降低组装成本。

需特别说明者，超音波焊接可焊接异种材质的金属，且焊接基材的厚度可达0.6公厘以上(依焊接材料及能量而定)，焊点面积可达直径16公厘范围。经超音波焊接后，极柄221与导体23间的焊接面积及焊接点密度相较于电阻焊接皆大幅地提升，极柄221与导体23间的结合力已可大于其本身材质的材料强度，并且能有效降低电池22因焊点面积不足所造成的电阻发热现象，同时，导体23为一金属块，比起金属片具有较大的热容及散热面积，可避免环境温度上升并避免电阻发热产生的热能回流到电池22，造成电池22的生命周期减短。

接着，堆栈设置电池单元20时，相邻的电池单元20的导体23彼此连接固定。其连接关系是：连接正极柄221a的所述导体23彼此连接固定，连接负极柄221b的所述导体23也彼此连接固定，以使电池单元20并联，其连接方式较佳可利用两个螺丝25a由框体21的第一面S1锁合各电池单元20的一导体23。当然，本发明并不限其连接方式，导体23间的连接方式还可以是卡合、胶合、熔合或上述方式的组合。

此外，在本实施例中，导体23可具有至少一个固定部232，导体23通过固定部232与框体21连接设置在第二面S2，在此，固定部232以两个凸部，卡合第二容置槽212的对应的两个凹部215为例，非用以限制本发明，其连接方式还可以是卡合、螺合、胶合、熔合或上述方式的任意组合，例如还可如本实施例中利用两个螺丝25b从第二面S2将最外侧的两个电池单元20a、20b的导体23a、23b，锁附在电池单元20a、20b的第二容置槽212，以增强整体结构的固定强度。上述的组装方式可大幅减少螺丝的使用量，不论电池模块2并联多少个电池单元20，都只需要十六个螺丝即能完成所有结构的固定，同时又可提升连结稳固度及可靠度，所以尤其适用于具有许多个电池单元20的电池模块2。

另需注意的是，最外侧的电池单元20a、20b的导体23a、23b(在此所述的「最外侧」一词，是相对所有堆栈设置的电池单元20而言)，其宽度W₁可设计成小于其它导体23c的宽度W，使最外侧的电池单元20a、20b的导体23a、23b设置在第二容置槽212时可相对于电池单元20a、20b的框体21凹入，因而当将电池模块2组装成电池组且将电池模块2以第一面S1或相对第一面S1的另一面安装时，电池模块2的导体23a、23b可与其它电池模块留有空隙，以避免不当的电性接触造成损害甚至短路。另一个较佳设计中，熔接部231的凹部平面的平行度与导体23a、23b连接时的前后承靠平面平行。

依据上述的组装结构及方式，即可完成导体23与框体21间、电池22与框体21间、导体23与电池22间以及导体23与导体23间的稳固连结。

以上为电池模块2的并联及固定结构，接着则说明当电池模块2中的电池单元20包括多个电池22时，电池模块2的串联结构。如前所述，并请参考图5所示，本实施例中的每个电池单元20以包括两个电池22为例，为了将电池单元20内的电池22串联起来，电池模块2可还包括至少一个串联件26，其可为一导电金属片，设置在电池单元20的第二面S2，其一端连接与其中一个电池22的正极柄221a连接的导体23，另一端连接与另一个电池22的负极柄221b连接的导体23，以串接相邻的两个电池22。若电池单元20包括三个电池22，则通过两个串联件26进行串接，以此类推。在此，串联件26以螺合的方式，使连接其中一个电池22的正极柄221a的导体23，与连接相邻的另一个电池22的负极柄221b的导体23电性连接，此外，串接相邻电池22的方式也可以是卡合、螺合、熔合或上述方式的组合。在此，串联件26连接两个电池单元20中两个电池22的四个导体23，然而本发明并不限制串联件26的形状、大小、数量及其连接的导体23数量，端视整体串接结构的稳固度而定。

另外，本实施例中的电池模块2还可具有不需因电池模块2中电池单元20的并联数量改变，而改变导体23的设计态样的优点。每个电池单元20中的导体23，原本制作出的形状大小皆相同，不过为了各组件间的螺合设计，部分导体23上需要铣孔以配合螺丝的螺合及螺合方向。

详而言之，如图4所示，在优选实施例中，最外侧的电池单元20a、20b的各导体23a、23b需分别铣出两个沉头孔233及两个牙孔234，沉头孔233及牙孔234分别位在电池单元20a、20b的第一面S1，且最外侧的电池单元20a、20b的外的电池单元20c，其导体23c的第一面S1需铣出一通孔236，以配合由电池单元20的第一面S1螺合固定各电池单元20的导体23。并且，最外侧的电池单元20a、20b的各导体23a、23b还需分别在第二面S2铣出一长孔235，以使最外侧的电池单元20a、20b的导体23a、23b与框体21螺合，在此铣长孔235而不使用一般螺孔的用意在于，克服堆栈多个电池单元20时导体23厚度累积的公差。复参考图5所示，最外侧的电池单元20a、20b之外的电池单元20c，其导体23c还可具有一通孔236，通孔236设置在第二面S2，上述的串联件26可通过通孔236或长孔235与导体23螺合。通孔236的设置除了可用以锁合串联件26外，同时还可使电池模块2的一分压线(图未显示)通过通孔236或长孔235与导体23连接，以供电池模块2分压使用。

综上所述，本发明的电池模块通过导体与导体、导体与框体及框体与框体间的组装结构设计，使电池模块在并联多个电池单元时易于组装，故可进一步提高组装的稳固度、组装效率及产品可靠度，同时大幅减少并联电池单元所使用的螺丝，且并联的电池数量愈多其节省的效益愈大，因而能有效降低生产成本及组装时数。并且，电池极柄与导体透过超音波熔接的方式达到固定电池极柄的目的，此方式可改善电阻焊接的缺点，避免焊点的发热现象并加大导电面积，以提升电池模块的性能及安全性。此外，由于电池模块常随着各种应用需要并联不同数量的电池单元，通过本发明的电池模块，不论并联数量多寡皆不需改变导体的构型，可共享于各种设计，故在设计上可具有极大的弹性，进而又节省了开发模具的成本。

以上所述仅是举例性，而非限制性。任何未脱离本发明的精神与范畴，而对其进行的等效修改或变更，均应包括在权利要求所限定的范围内。

Claims (15)

1.一种电池模块，其特征在于，所述电池模块包括：

多个电池单元，具有一第一面及一第二面，所述电池单元沿一方向堆栈设置，所述电池单元包括：

一框体，具有至少一个第一容置槽，所述第一容置槽位在所述第一面；

至少一个电池，容置在所述第一容置槽，所述电池具有两个极柄；以及

至少两个导体，与所述框体连接设置在所述第二面，所述导体具有一熔接部，位在所述第一面，

其中，相邻的所述电池单元的所述导体彼此连接固定。

2.根据权利要求1所述的电池模块，其特征在于，所述框体还具有至少两个第二容置槽，位在所述第二面，所述二个导体分别设置在所述二个第二容置槽。

3.根据权利要求1所述的电池模块，其特征在于，所述导体具有至少一个固定部，与所述框体连接，其连接的方式为卡合、螺合、胶合、熔合或上述方式的组合。

4.根据权利要求1所述的电池模块，其特征在于，所述框体还具有至少一个定位件，以固定相邻的所述电池单元。

5.根据权利要求1所述的电池模块，其特征在于，所述电池胶接于所述第一容置槽。

6.根据权利要求1所述的电池模块，其特征在于，所述两个极柄为一正极柄及一负极柄，连接所述正极柄的所述导体彼此连接固定，连接所述负极柄的所述导体彼此连接固定，所述导体的数量对应所述电池的数量设置。

7.根据权利要求6所述的电池模块，其特征在于，所述导体彼此连接的方式为卡合、螺合、熔合或上述方式的组合。

8.根据权利要求6所述的电池模块，其特征在于，当所述电池单元包括多个电池时，所述电池模块还包括至少一个串联件，设置在所述第二面，所述串联件串接相邻的所述电池。

9.根据权利要求8所述的电池模块，其特征在于，所述串联件串接相邻的所述电池的方式为卡合、螺合、熔合或上述方式的组合，使连接其中一个电池的所述正极柄的至少一个所述导体，与连接相邻的另一个电池的所述负极柄的至少一个所述导体电性连接。

10.根据权利要求8所述的电池模块，其特征在于，所述电池单元的所述导体具有一通孔，所述通孔设置在所述第二面，所述串联件通过所述通孔与所述导体螺合。

11.根据权利要求8所述的电池模块，其特征在于，所述电池单元的所述导体具有一通孔，所述通孔设置在所述第二面，且所述电池模块包括一分压线，所述分压线通过所述通孔与所述导体连接。

12.根据权利要求2所述的电池模块，其特征在于，所述电池单元中最外侧的两个电池单元的所述导体设置在所述第二容置槽时，所述导体相对于所述二电池单元的所述框体凹入。

13.根据权利要求1所述的电池模块，其特征在于，所述导体的所述熔接部是一凹部。

14.根据权利要求13所述的电池模块，其特征在于，所述凹部平面的平行度与所述导体连接时的前后承靠平面平行。

15.根据权利要求1所述的电池模块，其特征在于，所述两个导体的所述熔接部分别与所述两个极柄超音波熔接。

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