CN103378335B - 具多个并连电池芯的电池组及串接多电池组的电源组件 - Google Patents

Abstract

一种具多个并连电池芯的电池组及串接多电池组的电源组件，其中电池组主要包括固定框装置、电池芯、顶端共同电极、底端共同电极及导接柱，固定框装置更包括多个容置槽，供电池芯设置于容置槽内，且预留至少一个容置槽供导接柱设置，再由顶端共同电极及底端共同电极分别导电接触至电池芯及两端，并锁固于固定框装置之上、下两侧面，使顶端共同电极形成一个电极，而底端共同电极则透过导接柱导接，且与顶端共同电极导隔绝，并形成另一个电极，因此，透过多个电池组的电极导接，共同串\并联成具高电量的电源组件。

Description

具多个并连电池芯的电池组及串接多电池组的电源组件

【技术领域】

本发明是关于一种电池组及串接多个电池组的电源组件，尤其是一种具多个并连电池芯的电池组及串接多电池组的电源组件。

【背景技术】

受限于石油与天然气等储存量有限、且会造成大量碳排放，因此现代科技主流已经趋向减少污染性能源的使用，试图藉由太阳能、风力、水力等天然来源，转换出电能作为无污染的干净能源。但目前许多交通工具都是使用石油与天然气作为驱动的能源，所以，如何妥善运用电力取代石油与天然气，制造出安全可靠的电动交通工具，因而成为当前热门议题。

为能推动电动车辆等载重的交通工具，需耗费大量电能驱动马达，因此必须使用大量电池，并透过串/并接电池，以提升总体电流与电压。然而，大量的电池芯串联或并联，系统整体的可靠性风险，将随全体电池芯的数目增大而呈几何级数递增，尤其考虑车辆行驶时的长期振动、盛夏的酷热与严冬的酷寒等环境考验，甚至必须考虑意外碰撞的可能性。加以，当电池芯彼此紧邻，一旦其中一者短路而暴热，如何避免电池燃烧、爆炸，甚至影响相邻的其他电池芯，造成整体交通工具的失灵，进一步危及驾驶与乘客的生命安全，将是不可不慎重面对的难题。

另方面，考量电动车辆电池组供电的电压动辄上千伏特、电流则有数百安培，其维修保养具有相当危险性，此种问题，无疑使电动车辆的使用，增加麻烦与风险。尤其在世界各国，交通工具在问世之前的测试过程中，通常都被课以相当严格的安全检验标准，若留有此种瑕疵，无疑将使电动车辆的接受度大打折扣。

再者，一般电路设计中，多个电池芯不论是串接或并接，最终的正极与负极都是位于电池组的两相对端。当部份电池老化、损坏，以致电力不足时，而需要进行更换时，为减少误触的风险、便于维修保养，仍需要将原本位于两端的电极线路牵引至同一侧，才能方便车厂安装或维修人员进行操作。尤其电动车一般所需的电池芯数量相当多，若不能将所有电池芯预先妥善分组，在整体电路仍保有相当高电压及电流状况下，逐一检修更换个别电池芯，将是辛苦且危险的作业模式，对维修人员而言相当不便，不仅耗时，也导致较高的不必要风险。

因此，如何能提供一种能够增加电池导接的稳定性的结构，不仅能延长续航力，更可降低一旦发生意外所可能导致的电池燃烧、爆炸的风险，且将两端电极直接牵引至相近位置，使得在进行安装更换或维修作业时，能让操作人员方便且有效率地进行相关作业，降低需要花费的时间及人力，将会是本发明所要聚焦的重点。

【发明内容】

本发明的一目的在于提供一种可增加电池导接稳定性的具多个并连电池芯的电池组。

本发明的另一目的在于提供一种能将电极牵引导接至同一侧的相近位置，增加使用上的安全性的具多个并连电池芯的电池组。

本发明的再一目的在于提供一种模组化设计，可提升整体电源稳定性的串接多电池组的电源组件。

本发明的又一目的在于提供一种电极位在相近位置，增加更换、维修及保养电池组的安全性的串接多电池组的电源组件。

本发明的又另一目的在于提供一种模组化设计、且电极位置便于操作，提升更换、维修及保养电池组的便利性与效率、降低更换电池组时所需人力资源的串接多电池组的电源组件。

依照本发明揭示的一种具有多个并连电池芯的电池组，包括：一个形成有多个容置槽的固定框装置；多个分别被容纳于上述固定框装置的电池芯，其中前述电池芯分别具有一个封闭底端、一个顶端、及一个介于前述底端与顶端间的侧壁，且每个前述电池芯分别具有两个分别位于各电池芯顶端与底端的电极；一个顶端共同电极，分别导接所有上述电池芯顶端的电极；一个底端共同电极，分别导接所有上述电池芯底端的电极；及至少一个与上述电池芯体积对应的导接柱；其中，上述电池芯数目少于上述容置槽，且上述至少一个导接柱被容纳于未容纳上述电池芯的上述容置槽中，而该顶端共同电极及该底端共同电极之一，是导接至前述至少一个导接柱，且前述导接柱与该顶端共同电极及该底端共同电极的另一者隔绝。

而照本发明揭示的一个串接多电池组的电源组件，包括：多个电池组，分别包括一个形成有多个容置槽的固定框装置；多个分别被容纳于上述固定框装置的电池芯，其中前述电池芯分别具有一个封闭底端、一个顶端、及一个介于前述底端与顶端间的侧壁，且每个前述电池芯分别具有两个分别位于各电池芯顶端与底端的电极；一个顶端共同电极，分别导接所有上述电池芯顶端的电极；一个底端共同电极，分别导接所有上述电池芯底端的电极；及至少一个与上述电池芯体积对应的导接柱；其中，上述电池芯数目少于上述容置槽，且上述至少一个导接柱被容纳于未容纳上述电池芯的上述容置槽中，而该顶端共同电极及该底端共同电极之一，是导接至前述至少一个导接柱的一端，且前述导接柱与该顶端共同电极及该底端共同电极的另一者隔绝，使前述至少一个导接柱的另一端被暴露；其中，至少前述电池组之一的该另一共同电极是导接至前述电池组中之一相邻者的该至少一个导接柱的被暴露的该另一端。

本发明所揭示的一种具多个并连电池芯的电池组及串接多电池组的电源组件，是将多个电池芯分别设置在各别容置槽内，并预留至少一个容置槽供导接柱设置其中，再由顶端共同电极及底端共同电极分别导电接触至各电池芯的两端电极，令电池组中所有电池芯共同构成一个并联回路，且顶端共同电极及底端共同电极更可将电池芯稳固地设置在固定框装置内，令电池芯不易受到晃动影响而造成导接不良，降低脱落或短路的风险，增加使用上的安全性；且在更换或维修保养整个电源组件时，只需模组化地将各电池组取出更换，再将良好的电池组装设回去即可，提升更换维修保养的便利性，达到上述所有的目的。

【附图说明】

图1是本发明的具有多个并连电池芯的电池组的分解示意图；

图2是图1的具有多个并连电池芯的电池组的立体图；

图3是图1的具有多个并连电池芯的电池组的部份剖视图，说明散热装置与电池芯的组合结构；

图4是本发明的具有多个并连电池芯的电池组及串接多电池组的电源组件的第一较佳实施例的分解示意图；

图5是图4的具有多个并连电池芯的电池组及串接多电池组的电源组件的立体图；

图6是本发明的具有多个并连电池芯的电池组及串接多电池组的电源组件的第二较佳实施例的俯视图，是说明顶端共同电极形成有一个导接两条平行金属片间的保险丝部；

图7是图6的主固定框形成有数个导引凸块的立体图；

图8是图6的辅助固定框形成有数个导引凸块的立体图；及

图9是图6的导接柱形成有数个对应导引凸块的导引凹槽的立体图，是说明导接柱透过导引凹槽被对应的导引凸块嵌入，供导接柱顺着导引凹槽设入其中。

【主要元件符号说明】

1、1’ 电池组

11、11’ 固定框装置

12、12’ 电池芯

111 容置槽

112、112” 固定孔

1120” 干涉凸块

113、113” 主固定框

114、114” 容置孔

115、115” 辅助固定框

1140” 导引凸块

121 底端

122 顶端

123 侧壁

124、120 电极

13、13’、13” 顶端共同电极

131、131’、131” 正电端

130” 保险丝部

14、14’ 底端共同电极

141、141’、141” 负电端

15、15’、15” 导接柱

150” 前端

1500” 导引凹槽

16 散热装置

161 挠性导热垫片

162 金属片

133” 主汇流部

【具体实施方式】

有关本发明的前述及其他技术内容、特点与功效，在以下配合说明书附图的较佳实施例的详细说明中，将可清楚的呈现。

本发明的一种具有多个并连电池芯的电池组，如图1及图2所示，其中电池组1主要包括固定框装置11、电池芯12、顶端共同电极13、底端共同电极14、导接柱15及散热装置16。在本例中，固定框装置11例释为包括一个主固定框113及一个辅助固定框115，两者都是以塑胶射出成型的框架；主固定框113形成有多个固定孔112，辅助固定框115亦同样形成有多个对应的容置孔114，故当主固定框113与辅助固定框115相互迭合安装后，容置孔114与固定孔112彼此间便相互对应地形成多组容置槽111。

而本例中的电池芯12例释为具有接地金属侧壁的充电电池，每个电池芯12的顶端122中央部分导接出一个带正电的顶端电极；由相反于顶端122的底端121延伸至侧壁123，整体形成一个呈封闭桶状的接地电极，相较于顶端122的正电电极，底端121电极124的电位较低，相对带负电。故在组装过程中，可以先分别将各电池芯12逐一穿入对应的固定孔112中，随后将待主固定框113与辅助固定框115相互迭合安装，而让各电池芯12分别穿入各对应容置孔114，当固定框装置11组装妥当后，即令各电池芯12分别被设置在一个独立的容置槽111内。

当然，如熟悉本技术领域人士所能轻易理解，上述组装过程是一种范例，实际组装时，亦可将各电池芯12先与辅助固定框115结合，再结合至主固定框113，或先将主固定框113与辅助固定框115结合，再逐一放入各电池芯12，甚至固定框装置11本身就是一体成型，均无碍于本发明技术的实施。但在组装各电池芯12与固定框装置11时，必须预留至少一个容置槽111，供放置体积与电池芯12相同的导接柱15，令导接柱15同样占用一个预留的容置槽111，当然，先设置导接柱15或电池芯12，都是可以彼此对调的流程，没有固定的先后顺序限制；且虽然在本例中导接柱15的材质是铜，但实际亦可选用铝、不锈钢、银、及其合金的集合，均无不可。

每个电池芯12的导接方式，是逐一将每个电池芯12的电极120以焊接的方式分别导接至顶端共同电极13，且顶端共同电极13并未覆盖至上述导接柱15所占用的容置槽111；相反地，顶端共同电极13会朝向相邻的另一组固定框装置11的导接柱15位置延伸出一个正电端131。另方面，本例中的顶端共同电极13是由三条彼此大致平行走向的本体、以及导接连结于其间的连结部所组合而成的单片金属板。而底端共同电极14则同样以焊接的方式分别导接至每个电池芯12底部的电极124，且导接柱15朝向底部的一端也同样以焊接的方式结合至底端共同电极14，而导接柱15朝向顶部的另一端，则是与上述顶端共同电极13完全隔绝，而供导接至另一组相邻的电池组1，形成一个延伸至固定框装置11边缘的负电端141。

当然，导接柱15的设置方式除本例中导接至底端共同电极14，并与顶端共同电极13电气绝缘的方式外，亦可视空间规划及结构而改变，反向令导接柱15焊接连结至顶端共同电极13，另一端则与底端共同电极14隔绝而供导接输出，亦无不可。且虽然导接柱15在本例中，是以焊接的方式导接至底端共同电极14，但亦可改由导接柱15的端部形成一个螺孔，于底端共同电极14对应的位置形成一个预留孔，透过一根螺栓以螺锁的方式连结固定；且延伸出的正电端131与负电端141也未必要连结至相邻的电池组，而可分别作为本电池组的输出端电极。

一并参考图3所示，本例中，在底端共同电极14与辅助固定框115之间，更设置有一个散热装置16，包括一片挠性导热垫片161及一片金属片162，挠性导热垫片161的材质主要是例如橡胶或硅胶类的可挠性材质，在制造时掺杂碳粉或金属粉，使得挠性导热垫片161兼具可挠性及导热性。且挠性导热垫片161在本例中是设置在金属片162及底端共同电极14之间，因此，在将金属片162锁固至辅助固定框115时，挠性导热垫片161将受电池芯12及底端共同电极14压迫而形变，而挠性导热垫片161的形变的回复力也作为反作用力，反向施加于底端共同电极14及电池芯12上，使得各别电池芯12分别受到朝图式上方的推力挤压，而被稳固地迫紧设置在容置槽111内。且由于挠性导热垫片161是被上下两侧的底端共同电极14与及金属片162紧迫地夹制，形成一个有效的导热回路，令电池芯12的热能可由底端121以传导的方式导引至外部的金属片162，令导热更有效率。

本例的散热装置16除可装设在辅助固定框115处，亦可设置在主固定框113侧，并以同样的方式导热连接至顶端共同电极13，更进一步，由于电池芯12的底端121及顶端122具有与电池芯12内部相连的金属电极，将电池芯12所发热能导离的效率高于从电池芯的侧面导热，只是一般结构设计难以由电池芯12两端方向设置散热装置16，因此本发明的结构可令散热更有效率，且同时达成令电池芯12组装更稳固的双重效果。

本发明的具有多个并连电池芯的电池组及串接多电池组的电源组件的第一较佳实施例，如图4及图5所示，在本例中，要结合多个上述具有并连电池芯的电池组时，例如由两个电池组1’相互组合，其中每个电池组1’的主要结构均与上述实施例相同，而由图式中，位于左侧的电池组1’的底端共同电极14’，透过左侧电池组1’的导接柱15’，导接至相邻右侧电池组1’的顶端共同电极13’的正电端131’，将左侧电池组1’的负电端串接至右侧电池组1’的正电端131’，从而导接及形成一个多电池组的串接回路，藉由各电池组1’中多电池芯12’的并联增加总电流量，也藉由电池组1’间的串联而提升总电压，从而提升整体电源组件的输出电能。

整个电源组件更在顶端左右两侧分别延伸出串接回路的正电端131’及负电端141’，使得整体的搬移、组装或拆卸极其方便。当然，本例虽然是仅以两个电池组1’进行串接，实际上电池组1’的串接数量可视需要的总电压量，来决定电池组1’实际串接的组数。

当然，如果要更进一步提高电流量，亦可将上述导接回路结构改变成：分别令两个电池组的顶端共同电极13’相互导接，以及令两个底端共同电极14’同样相互导接，仅由最侧边的导接柱15’导电接触至底端共同电极14’，该导接柱15’的另一端则与顶端共同电极13’隔绝，并导接一个导电金属，形成一个延伸于固定框装置11’边缘的负电端141’，令两个电池组1’中的电池芯12’能以并联的方式相互结合。

本发明的具有多个并连电池芯的电池组及串接多电池组的电源组件的第二较佳实施例，如图6所示，在本例中，顶端共同电极13”例示为二片主汇流部133”且左侧电池组与右侧电池组，分别均可区别为上下两区块，每一区块分别由一片横向排列的主汇流部133”负责导接，且各区块分别具有一个独立的正电端131”及独立的负电端141”；在两条平行金属片构成的主汇流部133”间，分别形成一个导接两条平行金属片间的保险丝部130”，保险丝部130”在本例中是使用与金属片完全相同的材质，仅因其横断面整体较窄，使得每组电池芯的主汇流部133”呈横向摆放的「H」字形。在一般正常输出电能时，两个区块各别藉由自身的正电端131”及负电端141”输出电能、形成各自的回路，保险丝部130”则因电池组的上下两区块间不具显著电位差而不应有大电流出现。

相反地，一旦有异常状况产生，例如使用本电源组件的电动车，因发生车祸而造成如图式下方区块中，部分电池芯间的短路，让输出电流异常爆增，则上方区块的电池芯，也将因为下方区块的短路，而将输出电流由原本的左右侧正电端与负电端抽离，改由下方区块的短路部分导回；介于上下区块间的保险丝部130”，因此产生强烈的过载电流，过载电流所产生的高温将使得保险丝部130”因此被融断，即可截断发生问题的回路，避免短路的效应迅速蔓延，迅速抑制发生火警或爆炸的风险。

如图7、图8及图9所示，本例的辅助固定框115”在射出成型时，可将一组供导接柱15”设置的对应的容置孔114”，分别形成数个导引凸块1140”，而导接柱15”同样于侧边形成对应导引凸块1140”的导引凹槽1500”，在组装导接柱15”时，可透过导引凹槽1500”被对应的导引凸块1140”嵌入，供导接柱15”顺着导引凹槽1500”设入其中，而本例的主固定框113”在射出成型时，则是形成有多个干涉凸块1120”，可供紧箍住导接柱15”的前端150”位置，因此，由于导接柱15”受到导引凹槽1500”被导引凸块1140”限制转动，前端150”亦被干涉凸块1120”紧箍固定，可使得导接柱15”具有更佳的固定效果。

本发明所设计的一种具多个并连电池芯的电池组及串接多电池组的电源组件，是将电池芯分别设置在容置槽内，并藉由与电池芯体积相同的导接柱作为导接，让电池组的正电端与负电端都暴露于易操作位置，增加组装或拆卸的便利性；且在电池芯与顶端共同电极及/或底端共同电极处，可设置一组散热装置，令电池芯可经由两端而将热能有效导离，提升散热效果，维持良好操作环境温度；而且散热装置可选择具有弹性缓冲材质制成的挠性导热垫片，除可供散热外，更利用挠性导热垫片的弹性，将电池芯迫紧锁固至固定框装置中，令电池芯更能够被稳固地设置在容置槽内，由于电池芯不易受到晃动影响而造成脱落，便可降低脱落或短路的情况发生，使用上的安全性也因此增加。

再者，电池芯、顶端共同电极及底端共同电极所构成的多组回路当中，更可透过增设的保险丝部保护，当电流异常增加时保险丝部会因为过载被融断，使得本发明的电池组在使用上能够具有更高的安全性。而且，本发明的电源组件是由多个电池组共同串\并联而成，在进行电池组各别安装及拆卸都相当容易，在进行损坏或蓄电量已不足的电池芯的替换作业时，只需将出问题的电池芯所属的电池组进行更换，使得电源组件的更换上极为方便，不仅可增加更换效率，更可降低以往不便更换时所需要的过多人力资源，并达到上述所有的目的。

以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，当不能以此限定本发明实施的范围，即凡依本发明权利要求书及说明书内容所作的简单的等效变化与修饰，皆应仍属本发明专利涵盖的范围内。

Claims (7)

1.一种具有多个并联电池芯的电池组，包括：

一个形成有多个容置槽的固定框装置；

多个分别被容纳于上述固定框装置的电池芯，其中前述电池芯分别具有一个封闭底端、一个顶端、及一个介于前述底端与顶端间的侧壁，且每个前述电池芯分别具有两个分别位于各电池芯顶端与底端的电极；

一个顶端共同电极，分别导接所有上述电池芯顶端的电极；

一个底端共同电极，分别导接所有上述电池芯底端的电极；及

至少一个与上述电池芯体积对应的导接柱；

其中，上述电池芯数目少于上述容置槽数目，且上述至少一个导接柱被容纳于未容纳上述电池芯的上述容置槽中，而该顶端共同电极及该底端共同电极之一导接至前述至少一个导接柱，且前述导接柱与该顶端共同电极及该底端共同电极的另一者隔绝；

其中上述电池组分别具有至少两个导接柱，且前述顶端共同电极与底端共同电极的至少一个包括与上述导接柱数目对应并分别导接上述对应导接柱的主汇流部，及导接前述主汇流部的保险丝部。

2.如权利要求1所述的电池组，其中该固定框装置包括一个形成有多个固定孔的主固定框；及一个形成有多个对应该主固定框固定孔的容置孔的辅助固定框，使得前述固定孔与容置孔，彼此两两对应地形成上述多个容置槽。

3.如权利要求2所述的电池组，更包括一个与上述主固定框及/或辅助固定框结合、并导热迫紧接触至上述各电池芯的底端及/或顶端的散热装置。

4.如权利要求3所述的电池组，其中该散热装置是一片挠性导热垫片。

5.如权利要求1、2、3或4所述的电池组，其中上述至少一个导接柱是选自铜、铝、不锈钢、银、及其合金的集合。

6.如权利要求1、2、3或4所述的电池组，其中上述至少一个导接柱是被焊接至上述导接至前述至少一个导接柱的该顶端共同电极及该底端共同电极之一。

7.如权利要求1、2、3或4所述的电池组，其中上述至少一个导接柱是被螺锁至上述导接至前述至少一个导接柱的该顶端共同电极及该底端共同电极之一。