CN102891051B - 并排保险丝组件及具该并排保险丝组件的电池阵列 - Google Patents

Abstract

一种并排保险丝组件，由数个保险丝单元组成，是供导接多个的、并以多排与多列的阵列状配置的电池芯。每个保险丝单元分别包括两个分别连接电极的高熔点电极连接埠；两端分别结合至上述两电极连接埠、且熔点低于上述高熔点电极连接埠的低熔点融断部；多个分别并联导接上述保险丝单元的架桥部。电池是由多个以多排与多列排列组合，透过上述保险丝单元的架桥部形成上述并排保险丝组件而形成的电池阵列。在上述并排保险丝组件中，每一保险丝单元分别串连连接两电池芯的相异电极。如此可提供一个在保险范围内大量发电的电池阵列。

Description

并排保险丝组件及具该并排保险丝组件的电池阵列

技术领域

本发明是关于一种并排保险丝组件及具有该并排保险丝组件的电池阵列。

背景技术

现今人类文明面临到石油、天然气等燃料将在可预期的未来发生短缺的难题，同时石油与天然气的使用会产生环境上的负担。因此，诸多科学家尝试以太阳能、风力、水力等天然动力、及使用后无污染的电能作为替代能源。在此背景下，电动交通工具日渐崛起，但技术上的挑战亦随之而来。对于以往的马达，若要顺利推动车辆运行，需要依赖大量电能致能驱动；因此，推动车辆所需的电池组，如图1所示，往往是由数百甚至上千颗电池芯，彼此串联与并联成为阵列，藉由大量的电池芯彼此串联提高电压，并彼此并联而增大电流，如此架构而成。

进一步，电池芯本身各有其使用寿命，在数百颗电池芯的电池阵列中，一旦其中一颗电池芯损坏而造成短路，短路电阻会低于其他回路，所有与其并联电池芯的电流将蜂拥而至，依照目前锂电池的结构，将易于引发燃烧甚至爆炸，严重影响电动交通工具的可靠性与安全性。另方面，因为车辆所处环境特殊，无论是天候所导致的冷热剧烈变化，或是行驶过程中的颠簸振动，都会加大电路结合的不稳定性，与一般电子用品的使用环境相较，相当严酷，而电池芯数目庞大，又使得发生问题的机率累进而快速提升。因此，如何在部分电池芯出问题时，确保整体电池阵列的安全性与可靠性，提高电池组的安全系数，增加其稳定、耐用程度，将是此领域能否发展茁壮的关键。

台湾地区第99200159号新型专利试图解决上述问题，如图2所示，该专利案提供一个电路保险丝，并且期望当电池短路时，大量电流会使保险丝率先过热熔断，藉以保障整个电池组不至于因此受害。但不幸地，其技术上存在有明显缺陷，使其无法达到保护电池组的目的：由于其保险丝皆位于电池彼此并联处，当某一电池芯损坏短路时，仅能将其与相邻的并联电池芯脱离；相反地，位于上下游的串联电池芯仍然持续将电流灌入已损坏电池芯；更进一步如图3所示，跨越损坏电池芯的上、下游共三颗电池芯，正负两端间将仅存在有两颗电池芯的电压差，相较之下，相邻的其余并联者，每三颗电池芯的两端之间，都具有三颗电池芯的电压差，因此，即使该电池芯已经与左右方电池芯脱离，但左右的其余串联电池仍将透过损坏电池芯的上下游，继续将大电流强制灌入该串电池芯，将其上游与下游的两颗电池芯一并报销，直到该串电池芯全数报废为止。

另一常用的保险丝如图4所示，在每一颗电池芯与其上、下游电池芯之间，分别设置保险丝；各保险丝则分别透过螺钉，螺锁至两端的相异电池芯的电极部分。当电池组被装设于例如电动车上时，受到行驶过程中车体所产生持续振动影响，即使螺钉锁合非常牢固，仍会受振动影响而逐渐松脱。当保险丝元件与电池芯的电极间受螺钉锁固位置处，因为螺钉的松脱而接触不良，将在此处产生一个额外的电阻，该电阻会将消耗的电转换为热能，进而影响保险丝的正常温度，使保险丝容易过热自融而断路。

因此，原本设计用来保障电池运作的保险丝，在接合技术的拖累之下，反而牵连原本正常运作的电池芯一起停摆，强制其脱离致能回路。尤其在长距离使用时，一旦累积多处螺钉松脱，将使得电池芯受保险丝之累而被迫离线的机率暴增，进而导致电池组总输出电能爆减，致使无法负担驱动车辆运转的使命，反而迫使电动车提前进厂维修保养，徒增使用者的麻烦。

更进一步，此种保险丝如图5所示，包含：壳体、保险丝本体、及两段延伸固定段，其中该保险丝本体是由一可熔断的导电材质制成，并受壳体包覆。一来防止保险丝本体受到如水气、灰尘或油污的影响，干扰其金属特性。二来防 止保险丝本体熔毁时，碎屑与粉尘不至于干扰两旁的电路与电池。由于目前电池芯所用电极主要是由镍制成，因此，此种保险丝的延伸固定段及保险丝本体也是选择镍材质；然而，镍的熔点高达摄氏1500度，即使燃烧所生的烟与粉尘无法飘散，但熔融时所释放的高温，仍然会迅速传导，而对紧邻的两颗电池芯造成相当不利的影响，使得原本完好的另一颗电池芯随之受到牵连；尤其，当作为保险丝本体的镍熔断后，部分飞散的碎屑仍可能自行燃烧，甚至有引发电池组意外燃烧爆炸的风险。

因此，前案在电池阵列保险丝的领域，保障电池阵列的保险技术尚未完备。本案试图解决的问题包括：如何让损坏短路的电池芯正确地由电池组中下线；在电动交通工具移动的情况下，降低因震动所引发的保险丝与电池接合部松脱风险；如何减少保险丝熔断后的高温冲击；及进一步简化保险丝结构，从而降低制造成本；并减少熔断时的粉尘四散，及用更简单的方式来隔离与外界温度的接触。藉此，对先前技术分别做出革新、修正以及简化。

发明内容

本发明之一目的在于提供一种结构简单的并排保险丝组件，以达降低成本的功效。

本发明的另一目的在于提供一种可确保电池芯与保险丝间结合的稳定性与可靠性的并排保险丝组件，避免受振动松脱而导致的意外。

本发明的又一目的在于提供一种以低熔点材质作为低熔点融断部，藉以降低熔断时的热冲击，避免波及紧邻的完好电池芯的并排保险丝组件。

本发明的再一目的在于提供一种充分利用锌金属不易燃烧特性，防止保险丝熔断后的碎屑波及周遭元件与电路的并排保险丝组件。

本发明的又另一目的在于提供一种具有多个彼此串/并联的独立电池芯、且各电池芯电能均经由一个可靠的对应保险丝元件而导出的电池阵列；藉由各保险丝单元的监督保护，任何单一电池芯失能，不致轻易损及整体电池阵列运作。

依照本发明揭示的并排保险丝组件，包括数个保险丝单元；每个保险丝单元分别串连连接两电池芯的相异电极。一个保险丝单元包含：两个分别连接上述电极之一的高熔点电极连接埠；及两端分别结合至上述两电极连接埠、且熔点低于上述高熔点电极连接埠的低熔点融断部。另外还有多个分别并联导接上述保险丝单元的架桥部。

当应用上述保险丝元件后，本发明所揭示的电池阵列则包含：多个以多排与多列的阵列状配置的电池芯；及多个分别导接多个上述电池芯的并排保险丝组件，分别包括多个保险丝单元，每一保险丝单元分别串连连接两电池芯的相异电极，前述每一保险丝单元分别具有两个分别连接上述电极之一的高熔点电极连接埠；及两端分别结合至上述两电极连接埠、且熔点低于上述高熔点电极连接埠的低熔点融断部。并透过及多个分别并联导接上述保险丝单元的架桥部连结。

本发明所揭示的并排保险丝组件与具并排保险丝组件的电池阵列，一方面，采用牢靠的机械结合，让高熔点电极连接埠稳固接合于电池芯的电极，使得振动导致松脱的可能性降至最低；进一步，当选择焊接或熔接时，更在高熔点电极连接埠中设计有焊接指叉，避免焊接或熔接时的热逸散，使得高熔点电极连接埠与电池芯的电极完全融合，提高产出效率与可靠度；加以，采用低熔点融断部设计，让熔断时所产生热冲击降低，确保相邻电池芯不易受波及损坏；当然，也由于本案揭示的保险丝组件的结构简单，更可进一步降低制造成本。

本发明对保险丝本身也做出革新，以往的保险丝在熔断后可能伴随着大量的烟雾、起火与高温。为避免波及周遭的电路与电池，所以公知技术中采用壳体的方式包覆保险丝，防止该灼烧与烟雾的状况。本发明的低熔点融断部最佳地采用锌金属，锌不仅熔点未达摄氏450度，更重要的是锌在空气中很难正常燃烧：环境温度超过熔点之上使锌初部起火时，燃烧的锌会在金属表面产生氧化锌，环绕包覆在金属周遭，外表的氧化锌阻隔锌金属与氧气，阻止内部的锌 继续燃烧。因此，即使低熔点融断部熔断后，高温的锌金属碎屑四散，但仍会自动被与氧阻绝，避免引燃周遭电路与电池阵列，增加整体电池阵列的安全性与可靠性。当然，更进一步在低熔点融断部外侧加涂料，更可隔绝低熔点融断部受外界温度影响而错误判断熔毁时机；且涂漆可在低熔点融断部自熔时，限制金属的扩散范围与冒烟情形，将保险丝组件保持在最稳定可靠的状态。

图式简单说明

图1是公知的电池阵列结构图；

图2是公知电池阵列保险丝组的结构图；

图3是公知的技术缺陷的图解；

图4是公知保险丝的锁固图；

图5是公知需壳体包覆的保险丝的结构图；

图6为本发明保险丝单元正面的结构图；

图7为本发明保险丝单元背面的结构图；

图8为本发明保险丝单元侧面的结构图；

图9为本发明具并排保险丝组件的电池阵列的结构图；

图10为本发明并排保险丝组件的结构图；

图11为图10架桥部的局部放大图。

主要元件符号说明

电池阵列 1

并排保险丝组件 3

保险丝单元 5

高熔点电极连接埠 51、52

吸振弯折 511、512

焊接指叉 513、514

低熔点融断部 53

牺牲段 531

架桥部 521

具体实施方式

本发明并排保险丝组件及具该并排保险丝组件的电池阵列例释于一电源模组中，以多个电池芯所组成的电池阵列为较佳实施例，该并排保险丝组件由保险丝单元组合而成，每一保险丝单元的焊接/熔接/铆接指叉连接串联两个电池的相异电极，保险丝单元的架桥部则连结另一排的保险丝单元，形成并联的电路；可看到本案的保险丝组件与电路合而为一，节省组装电池电路与安装保险丝的步骤。如熟悉本领域者可轻易理解，上述的电池并非局限，一般所谓电容器(capacitor)或电感器(inductor)亦可以电场或磁场形式储存电能或磁能，并且在需要时释放电能而作为储能单元，且即使本案的保险丝元件不是应用于电池亦可。

图6为本案的保险丝单元5结构的正面，该保险丝单元5包含两个高熔点电极连接埠51、52；一个低熔点融断部53；两者例释为铆接的方式连结在一起。请一并参考图7所示为本案保险丝单元5结构的背面，其中低熔点融断部53包含一个牺牲段531。而高熔点电极连接埠51、52分别包含一个焊接指叉513、514；高熔点电极连接埠52又可延伸出一段架桥部521。请一并参考图8为本案保险丝单元5结构的侧面，可见高熔点电极连接埠51、52还分别包含一个吸振弯折511、512。

在保险丝单元5的实施方式中，焊接指叉513、514、吸振弯折511、512与架桥部521例释为镍质薄片；低熔点融断部53与导电截面缩窄的牺牲段531例释为锌质厚片。该保险丝单元与电路合为一体，高熔点电极连接埠51接合一电池的负极，另一高熔点电极连接埠52接合另一电池的正极，即电流从高熔点电极连接埠52，途中经过低熔点融断部53中间窄面的牺牲段531，流往高熔点 电极连接埠51；形成一串联电路。一旦串联电路其中一颗电池发生短路，大量电流会通过有如电路的低熔点融断部53，当大量电流集中在窄面的牺牲部531时，过渡金属中熔点最低的锌质的厚片就会熔断，藉此形成断路来保护短路的电池。如图8的侧面图，焊接指叉513、514与吸振弯折511、512，在电池受到长期的冲击、摇动下就会发挥稳定的功效。焊接指叉513、514的设计，是方便焊熔而设。若连接埠是整片的金属，在焊熔时的热度会散布不易集中。焊接处设为指叉状，就容易集中熔化焊接部其中一指的金属。如此可提升焊接的最大牢固程度，可避免以往螺丝拴固容易引发的松脱现象。吸震弯折511、512是另一防震动的设计，当保险丝单元5与接合的两个电池不同步震动时，保险丝单元5可透过吸震弯折511、512缓冲该震动，使保险丝单元5不至于有脱离电池或凹折的情形出现。

保险丝单元5的另一实施例为低熔点融断部53的外部加以涂料，其优势在于，该涂料在低熔点融断部53外部形成一温度隔离层，与外部温度隔离，进而降低保险丝对外部温度的敏感度，提升保险丝熔断的稳定性；且该涂料在低熔点融断部53熔断时会结合熔断的金属碎片，尤其当高温的金属碎片四处投射时容易引燃周遭环境，而该涂漆的功效可以限制熔断的金属碎片的投射范围。在此实施例中该涂料可以由喷漆式、油漆式、黏膜式或其他公知涂料加护方式实施。

尽管前述实施例中，高熔点电极连接埠为焊接指叉是最佳实施例，但该焊接指叉接合电池芯对应电极的方式，也可改由熔接来完成。同样的道理，该焊接指叉也可经由铆接的方式，来与电池芯的对应电极接合。

本案最佳实施例为应用在多个电池所组成电池阵列上的并排多个保险丝，在电动马达的保险技术上特别适用。图9为具有并排保险丝组件的电池阵列的综览图，其中并排保险丝组件3取代了电路，形成并、串联的电路。图10为并排保险丝组件3的鸟瞰图，其运作的方式乃是多个保险丝单元5相互连结而成， 形成该并排保险丝组件3。其连结的关键在于保险丝单元5设有架桥部521。请参考图11，为图10的局部放大图，该架桥部521同时是两个保险丝单元5的高熔点电极连接埠52的延伸。换句话说，保险丝单元与保险丝单元之间透过架桥部521共同组成并联电路，成为并排保险丝组件。

因此，本案解决先前技术的不足之处。焊接指叉的焊接与熔接可解决先前螺钉拴固的松脱问题；保险丝单元涂漆可一举简化先前另加壳盖的加工、原料等耗费；低熔点融断部采用低熔点金属，以锌为较佳实施金属，可减低先前保险丝碎屑引燃周遭物件的不幸情形，也免去保险丝附加壳体的必要；将保险丝单元与电路一体化的设计，可减少电池阵列组装成电池引擎所需耗费的人力与时间。并排保险丝组件既精简了电池阵列的组装技术，同时也提升了电池阵列的保险功能。

需特别提醒的是，以上所述者仅本发明的较佳实施例而已，请勿据此限定本发明实施的范围。凡依本发明权利要求书及说明书内容所作简单的等效变化与修饰，仍属本发明专利涵盖的范围。

Claims (12)

1.一个并排保险丝组件，是供导接多个电池芯，且前述电池芯是以多排与多列的阵列状配置，包含：

多个保险丝单元，每一保险丝单元分别串连连接两电池芯的相异电极，前述每一保险丝单元分别包括

两个分别连接上述电极之一的高熔点电极连接埠；及

两端分别结合至上述两个高熔点电极连接埠、且熔点低于上述高熔点电极连接埠的低熔点融断部，以及通过施加涂料在上述低熔点融断部的外部形成一温度隔离层；及

多个分别并联导接上述保险丝单元的架桥部，

其中所述架桥部从所述两个高熔点电极连接埠中的一个延伸。

2.如权利要求1所述的并排保险丝组件，其中上述高熔点电极连接埠分别形成有一个吸振弯折。

3.如权利要求1所述的并排保险丝组件，其中上述高熔点电极连接埠分别形成有多个彼此分离的焊接指叉。

4.如权利要求1、2或3所述的并排保险丝组件，其中上述高熔点电极连接埠是镍质薄片。

5.如权利要求4所述的并排保险丝组件，其中上述架桥部是延伸连接两个上述保险丝单元的对应高熔点电极连接埠。

6.如权利要求1、2或3所述的并排保险丝组件，其中上述低熔点融断部是锌质厚片，且前述低熔点融断部分别具有至少一个导电截面缩窄的牺牲段。

7.如权利要求6所述的并排保险丝组件，其中上述架桥部是延伸连接两个上述低熔点融断部。

8.如权利要求1、2或3所述的并排保险丝组件，其中上述低熔点融断部分别是铆接至上述对应高熔点电极连接埠。

9.一种电池阵列，包含：

多个以多排与多列的阵列状配置的电池芯；及

多个分别导接多个上述电池芯的并排保险丝组件，分别包括

多个保险丝单元，每一保险丝单元分别串连连接两电池芯的相异电极，前述每一保险丝单元分别具有

两个分别连接上述电极之一的高熔点电极连接埠；及

两端分别结合至上述两个高熔点电极连接埠、且熔点低于上述高熔点电极连接埠的低熔点融断部，以及通过施加涂料在上述低熔点融断部的外部形成一温度隔离层；及

多个分别并联导接上述保险丝单元的架桥部，

其中所述架桥部从所述两个高熔点电极连接埠中的一个延伸。

10.如权利要求9所述的电池阵列，其中上述高熔点电极连接埠分别形成有一个吸振弯折，及远离前述吸振弯折的多个彼此分离的焊接指叉；前述保险丝单元的高熔点电极连接埠是分别以前述焊接指叉焊接至对应电池芯的对应电极，且前述低熔点融断部分别具有至少一个导电截面缩窄的牺牲段。

11.如权利要求9所述的电池阵列，其中上述高熔点电极连接埠分别形成有一个吸振弯折；前述保险丝单元的高熔点电极连接埠分别被熔接至前述对应电池芯的对应电极；且前述低熔点融断部分别具有至少一个导电截面缩窄的牺牲段。

12.如权利要求9所述的电池阵列，其中上述高熔点电极连接埠分别形成有一个吸振弯折；前述保险丝单元的高熔点电极连接埠分别被铆接至前述对应电池芯的对应电极；且前述低熔点融断部分别具有至少一个导电截面缩窄的牺牲段。