CN103427135A

CN103427135A - 电池模块

Info

Publication number: CN103427135A
Application number: CN2012101604616A
Authority: CN
Inventors: 萧原坤; 赖建璋; 林牧民
Original assignee: Delta Optoelectronics Inc
Current assignee: Delta Optoelectronics Inc
Priority date: 2012-05-22
Filing date: 2012-05-22
Publication date: 2013-12-04

Abstract

一种电池模块包含一框架、至少一第一电池阵列、至少一第二电池阵列、至少一散热结构插槽以及至少一可模块化散热结构。第一电池阵列容设于框架中，且第一电池阵列包含多个第一电池，这些第一电池大致上沿着一第一方向排列。第二电池阵列容设于框架中，且第二电池阵列包含多个第二电池，这些第二电池大致上沿着上述第一方向排列。散热结构插槽夹设于第一电池阵列及第二电池阵列之间。可模块化散热结构插设于散热结构插槽中并热接触于第一电池及第二电池，其中可模块化散热结构可依散热需求而为各种不同的形态。本发明可在电池模块中直接置入一散热结构，以直接对电池进行储热或导热等散热机制。

Description

电池模块

技术领域

本发明是有关于一种电池模块，且特别是有关于一种具有散热结构的电池模块。

背景技术

近几年来，由于世界各地的原油存量逐年的减少，能源问题已成为全球注目的焦点。为了解决能源耗竭的危机，各种替代能源的发展与利用均成为世界各国的主要政策之一。随着环保意识抬头，传统的车辆载欲摆脱汽油的使用，而改为采用电池做为其动力来源。

在一般的电动载具中，为求高效能，电池模块中的电池常常需要在高容量比率(C-rate)的情形下进行充放电，因而产生瞬间的高废热。然而，在空间尺寸、防水及防尘的规格限制下，无法使用风扇或其它的散热装置将电池模块外部空气导入电池包内进行散热。

并且，在自然对流的散热情形下，大部分的电池废热并无法有效的移除，造成电池模块的温度快速上升。一般而言，目前最常用于电池模块中的电池为锂电池，而若在高温下运作，容易缩短电池寿命甚至直接造成电池无法工作，更严重者，甚至会导致电池爆炸与起火。

综上所述，如何提升电池模块的散热效能实为相关领域中的当务之急。

发明内容

有鉴于此，本发明的一目的是在于提供一种电池模块，特别是一种具有散热结构的电池模块，以帮助电池模块散热，从而克服现有技术所遭遇到的问题。

本发明的另一目的在于提供一种电池模块，其可根据各种不同散热需求或应用环境快速地置入适当的散热结构，而无须改变电池的排列。

依据本发明的一实施方式，一种电池模块包含一框架、至少一第一电池阵列、至少一第二电池阵列、至少一散热结构插槽以及至少一可模块化散热结构。第一电池阵列容设于框架中，且第一电池阵列包含多个第一电池，这些第一电池大致上沿着一第一方向排列。第二电池阵列容设于框架中，且第二电池阵列包含多个第二电池，这些第二电池大致上沿着上述第一方向排列。散热结构插槽夹设于第一电池阵列及第二电池阵列之间。可模块化散热结构依散热需求插设于散热结构插槽中并热接触于第一电池及第二电池，其中可模块化散热结构包含一储热式散热结构、一鳍片式散热结构、一流道式散热结构或一外部导热式散热结构。

通过本发明的上述实施方式，本发明可在电池模块中直接置入一散热结构，以直接对电池进行储热或导热等散热机制。此外，由于上述散热结构地插设于散热结构插槽中，因此，使用者可根据不同的散热需求或应用环境快速地置入所需的散热结构，而无须更改电池阵列。

以上所述仅用以阐述本发明所欲解决的问题、解决问题的技术手段、及其产生的功效等等，本发明的具体细节将在下文的实施方式及相关附图中详细介绍。

附图说明

为实现本发明的上述和其它目的、特征、优点与实施例能更明显易懂，附图的说明如下：

图1所示依据本发明一实施方式的电池模块的外观立体图。

图2所示图1的实施方式的电池模块的内部立体图。

图3所示依据本发明另一实施方式的电池模块的外观立体图。

图4所示图2的实施方式的一散热机制的示意图。

图5所示图2的实施方式的另一散热机制的示意图。

图6A所示依据本发明一实施方式的可模块化散热结构的立体图。

图6B所示依据本发明另一实施方式的可模块化散热结构的立体图。

图6C所示依据本发明又一实施方式的可模块化散热结构的立体图。

图7所示图2的可模块化散热结构与第一电池或第二电池的局部主视图。

图8A所示依据图7的实施方式的温度上升速率的一比较图表。

图8B所示依据图7的实施方式的温度上升速率的另一比较图表。

图9所示依据本发明另一实施方式的电池模块的内部立体图。

图10所示依据本发明又一实施方式的电池模块的内部立体图。

图11所示依据本发明再一实施方式的电池模块的内部立体图。

图12所示图11的实施方式的主视图。

图13所示依据本发明再一实施方式的电池模块的剖面图。

图14所示依据本发明再一实施方式的电池模块的剖面图。

其中，附图标记说明如下：

100：散热结构插槽

200：可模块化散热结构

202：表面

204：表面

210：第一散热槽

210a：第一散热槽

210b：第一散热槽

220a：第二散热槽

220b：第二散热槽

230：鳍片

240：穿孔

250：流道

252：入口

254：前段通道

256：后段通道

258：出口

260：扰流结构

260a：扰流结构

260b：扰流结构

260c：扰流结构

260d：扰流结构

270：本体

300：第一电池阵列

310：第一电池

310a：第一电池

310b：第一电池

400：第二电池阵列

410：第二电池

500：框架

510：框架开口

600：公差

610：电池半径

620：散热槽半径

710a：曲线

710b：曲线

720a：曲线

720b：曲线

730a：曲线

730b：曲线

800：散热板

810：冷却液通道

900：加热器

具体实施方式

以下将以附图揭露本发明的多个实施方式，为明确说明起见，许多实务上的细节将在以下叙述中一并说明。然而，本领域的普通技术人员应当了解到，在本发明部分实施方式中，这些实务上的细节并非必要的，因此不应用以限制本发明。此外，为简化附图起见，一些现有惯用的结构与元件在图式中将以简单示意的方式示出。

图1所示依据本发明一实施方式的电池模块的外观立体图。图2所示图1的实施方式的电池模块的内部立体图。如图所示，本实施方式所示的电池模块可包含一框架500、至少一第一电池阵列300、至少一第二电池阵列400、至少一散热结构插槽100以及至少一可模块化散热结构200。第一电池阵列300容设于框架500中，且第一电池阵列300包含多个第一电池310，这些第一电池310大致上沿着一第一方向排列。第二电池阵列400容设于框架500中，且第二电池阵列400包含多个第二电池410，这些第二电池410大致上沿着上述第一方向排列，也即，第二电池410所排列而成的第二电池阵列400与第一电池310所排列而成的第一电池阵列300大致上平行。散热结构插槽100夹设于第一电池阵列300及第二电池阵列400之间。可模块化散热结构200依散热需求插设于散热结构插槽100中并热接触这些第一电池310及这些第二电池410，其中可模块化散热结构200包含一储热式散热结构、一鳍片式散热结构、一流道式散热结构或一外部导热式散热结构。

通过本发明上述实施方式，可模块化散热结构200插入散热结构插槽100中，并直接对第一电池310及第二电池410进行储热或导热。因此，上述实施方式不仅可有效地对电模块散热，更可供使用者根据不同的散热需求或应用环境快速地置入所需的可模块化散热结构200，而无须更改电池阵列。

应了解到，本说明书全文所述的“第一方向”定义为第一电池310或第二电池410的排列方向。另外，本说明书全文所述的“大致上”用以修饰任何可细微变化的关系，但这种细微变化并不会改变其本质。举例来说，第一电池阵列300与第二电池阵列400大致上平行，此一描述除了代表第一电池阵列300确实与第二电池阵列400平行外，只要第一电池阵列300与第二电池阵列400可夹设散热结构插槽100，第一电池阵列300与第二电池阵列400也可略微不平行。另外，本说明书全文所述的“热接触”(thermal contact)指不同元件之间存在着热能的交换，并不代表这些元件必须有物理接触(physical contact)。相对地，只要这些元件之间存在着热能的交换，即使没有物理接触，也符合“热接触”的定义。此外，本说明书全文所述的“储热”是指将热能储存于可模块化散热结构200中，本说明书全文所述的“导热”是指通过可模块化散热结构200与外界环境做热交换。

在部分实施方式中，电池模块可包含一框架开口510，开设于该框架500上并连通该散热结构插槽100。如图1所示，框架开口510是开设于框架500上与第一方向大致上垂直的表面。由此，使用者可通过框架开口510沿着第一方向将可模块化散热结构200插入至散热结构插槽100，从而实现快速置入可模块化散热结构200的功能。应了解到，可模块化散热结构200应在第一电池阵列300与第四电池阵列400置入框架500之前，先插入散热结构插槽100中。

具体而言，框架开口510和可模块化散热结构200与第一方向垂直的表面202的形状、尺寸大致上相同，而散热结构插槽100的尺寸设计可恰好容纳可模块化散热结构200，以降低接触的阻抗。

图3所示依据本发明另一实施方式的电池模块的外观立体图。本实施方式与图1大致相似，差异在于框架开口510开设于框架500上与第一方向大致上垂直的表面。由此，使用者可通过框架开口510垂直于第一方向将可模块化散热结构200插入或散热结构插槽100，从而实现快速置入可模块化散热结构200的功能。

具体而言，框架开口510和可模块化散热结构200与第一方向平行的表面204的形状、尺寸大致上相同，散热结构插槽100的尺寸设计可恰好容纳可模块化散热结构200，以降低接触阻抗。

图4所示图2的实施方式的一散热机制的示意图。在本实施方式中，可模块化散热结构200为一储热式散热结构，其可为一实心金属块，例如：铝或铜等高导热材料。在没有任何外部散热源的环境下，可模块化散热结构200可做为一瞬时热容，以储存第一电池310及第二电池410所产生的热能。具体而言，当第一电池310及第二电池410开始充放电时，温度会上升，使得第一电池310、第二电池410与可模块化散热结构200之间产生温度梯度，从而促进部分热能转移至可模块化散热结构200中，热能流动方向可如同第一电池310及第二电池410周围的放射状箭头所示。由此，本实施方式可利用可模块化散热结构200本身的热容来储热，减缓第一电池310及第二电池410的温度继续升高。

图5所示图2的实施方式的另一散热机制的示意图。相似于图4，本图的可模块化散热结构200为储热式散热结构，其可为一实心金属块，以做为一瞬时热容，帮助吸收第一电池310及第二电池410所产生的部分热能。此外，倘若第一电池310a周围温度高于第一电池310b周围温度，则由于金属块的高导热特性，可模块化散热结构200中即可形成一热通道，使得热能由第一电池310a周围区域传送至第一电池310b周围区域，从而降低第一电池310a周围区域与第一电池310b周围区域的温度差。由此，本实施方式的可模块化散热结构200可自动平衡电池模块内部的温度差。

在部分实施方式中，可模块化散热结构200包覆于第一电池310及第二电池410的至少部分表面。举例而言，可参阅图6A，其所示依据本发明一实施方式的可模块化散热结构200的立体图。如图所示，上述实施方式可包含多个第一散热槽210a以及多个第二散热槽220a，分别排列于可模块化散热结构200面对第一电池3 10及第二电池410(请并参阅图2)的相对两侧，且其形状及尺寸分别与第一电池310及第二电池410相配合。具体而言，若第一电池3 10及第二电池410圆柱状，第一散热槽210a与第二散热槽220a则可为半径相似的凹弧槽。

由此，第一散热槽210a及第二散热槽220a可包覆第一电池310及第二电池410的至少部分表面，用以提升可模块化散热结构200与第一电池3 10、第二电池410的接触面积，从而帮助散热效能。

图6B所示依据本发明另一实施方式的可模块化散热结构200的立体图。本实施方式与图6A大致相似，差异在于第一散热槽210b及第二散热槽220b所占据的空间较大，使得图6B的可模块化散热结构200重量比图6A的可模块化散热结构更轻，用以进一步提升可模块化散热结构200与第一电池310、第二电池410的接触面积。

图6C所示依据本发明又一实施方式的可模块化散热结构200的立体图。如图所示，本实施方式的可模块化散热结构200为一长方体，其结构简单、制造方便且重量较低。使用者可在散热效能及轻量化要求之间自行权衡采用图6A、6B、或6C的可模块化散热结构200。

图7所示为图2的可模块化散热结构200与第一电池310或第二电池410的局部主视图。由于第二电池410及第一电池310与可模块化散热结构200的设计相似，故为便于简化，仅示出第一电池310来进行说明。在本实施方式中，可模块化散热结构200与第一电池310之间可具有一公差600。相似地，可模块化散热结构200与第二电池410(请并参阅图5或图6A或图6B)之间也可具有相等的公差600。具体而言，第一电池310具有一电池半径610，而可模块化散热结构200具有一第一散热槽210，其具有一散热槽半径620，散热槽半径620与电池半径610的差异即定义为公差600。

通过调整公差600的大小，可在第一电池310及可模块化散热结构200之间取得一所需的热阻值。较佳而言，公差600的范围可介于0.2毫米(mm)至0.8毫米之间。举例而言，散热槽半径620可为18.6毫米，电池半径610可为18.4毫米，以使公差600成为0.2毫米。由于第一电池310与可模块化散热结构200之间具有一公差600，故存在着部分空气。一般而言，空气的导热系数为0.024瓦特/毫米-摄氏度(w/m-c)，经由热阻公式的计算，可得知在0.2毫米(mm)至0.8毫米的范围内，最大热阻值为10.48摄氏度/瓦特(oc/w)，而最小热阻值为2.6摄氏度/瓦特。

图8A所示依据图7的实施方式的温度上升速率的一比较图表。具体而言，曲线710a及720a分别代表可模块化散热结构200的热阻值为2.6摄氏度/瓦特时，电池温度上升的计算值及实验值。曲线730a代表不具备可模块化散热结构200的电池温度上升的实验值。如图所示，具有可模块化散热结构200的电池模块可明显抑制电池温度上升的趋势。

图8B所示依据图7的实施方式的温度上升速率的另一比较图表。具体而言，曲线710b及720b分别代表可模块化散热结构200的热阻值为10.48摄氏度/瓦特时，电池温度上升的理论值及实验值。曲线730b代表不具备可模块化散热结构200的电池温度上升的实验值。如图所示，即使在最大热阻值下(也即，10.48摄氏度/瓦特)，具有可模块化散热结构200的电池模块也可明显抑制电池温度上升的趋势。

由图8A及图8B可观察得知，在上述公差600范围内，无论其热阻值大小，均可有效地抑制电池温度上升的趋势。故上述实施方式的可模块化散热结构200可确实帮助电池模块的散热。

图9所示依据本发明另一实施方式的电池模块的内部立体图。在本实施方式中，可模块化散热结构200为一鳍片式散热结构，其可包含一本体270及多个鳍片230，鳍片230设置于本体270上与第一方向大致上垂直的表面。具体而言，这些鳍片230间隔地设置于本体270上，以增加热对流效果。由此，本体270可将第一电池310及第二电池410所产生的热能传导至鳍片230，再由鳍片230以对流的方式传送至外界环境中，从而达到散热的效果。

图10所示依据本发明又一实施方式的电池模块的内部立体图。本实施方式与图2大致相似，差异在于本实施方式的电池模块可包含多个穿孔240，开设于可模块化散热结构200中，这些穿孔240大致上沿着上述第一方向间隔地排列。本实施方式可应用于有外界散热源的情况下，例如：风。由于外界散热源的存在，故可模块化散热结构200仅需将热能传导至外界即可，而无须具备高热容来储存热能，换言之，可模块化散热结构200并不一定要是实心物体。因此，本实施方式在可模块化散热结构200中开设有多个穿孔240，用以在一定的热传导效果下帮助减轻可模块化散热结构200的重量。

图11所示依据本发明再一实施方式的电池模块的内部立体图。在本实施方式中，可模块化散热结构200为一流道式散热结构，其可包含一本体270以及一流道250，流道250大致上沿着第一方向贯穿本体270。具体而言，本实施方式可在可模块化散热结构200中平行于第一电池3 10所排列的第一方向切设出一流道250，此流道250可供流体流通，从而帮助将第一电池310及第二电池410所产生的热能传输至外界环境中。

图12所示图11的实施方式的主视图。如图所示，在本实施方式中，流道250由一入口252、一前段通道254、一后段通道256及一出口258依序连通而成。在部分实施方式中，电池模块可包含多个扰流结构260，这些扰流结构260凸设于流道250中。具体而言，扰流结构260凸设于流道250的后段通道256，且可以不同或相同间隔排列，以产生扰流，从而在其周围区域加强流体的对流效果。

由于流体沿着入口252、前段通道254、后段通道256往出口258的方向流动，因此，流经后段通道256的流体温度势必比前段通道254更高。本实施方式将扰流结构260凸设于后段通道256中，可有效增加后段通道256的对流效果，故可进一步降低前段通道254与后段通道256中的流体温度差。因此，无论是前段通道254周围的第一电池310、第二电池410或是后段通道256周围的第一电池310、第二电池410，均可享有相近的散热效果。

在部分实施方式中，扰流结构260彼此的间距沿着后段通道256朝向出口258的方向逐渐减少。具体而言，较靠近前段通道254的扰流结构260a及260b的间距大于较靠近出口258的扰流结构260c及260d。由此，越靠近出口258，对流效果越好，则越可均衡流道250中的流体温度，从而帮助所有第一电池310及第二电池410享有相近的散热效果。

图13所示依据本发明再一实施方式的电池模块的剖面图。如图所示，在本实施方式中，可模块化散热结构200为一外部导热式散热结构，其可包含一本体270及一散热板800，散热板800贴附于本体270上与第一方向大致上垂直的表面。举例而言，此散热板800为一水冷板，其具有一冷却液通道810，以供外部冷却液流通，此外部冷却液可为(包含，但不局限于)水。冷却液通道810大致上平行于本体270上与第一方向垂直的表面。由此，本实施方式可通过可模块化散热结构200将第一电池310及第二电池410所产生的热能传导至散热板800，再经由散热板800进行散热。

图14所示依据本发明再一实施方式的电池模块的剖面图。在本实施方式中，可模块化散热结构200为一外部导热式散热结构，其可包含一本体270及一加热器900，加热器900贴附于本体270上与第一方向垂直的表面。由此，若电池模块位于低温环境而需要加热以利运作时，则可利用加热器900提供热能至本体270，再通过本体270将热传导至第一电池310及第二电池410，以提供足够的热能进行运作。在部分实施方式中，加热器900可由外部供电来提供热能。

在部分实施方式中，可模块化散热结构200面对第一电池310及第二电池410的表面可选择性地贴附导热片(thermal pad)或是导热胶。

虽然本发明已以实施方式揭露如上，然其并非用以限定本发明，任何本领域的普通技术人员，在不脱离本发明的精神和范围内，当可作各种的改动与润饰，因此本发明的保护范围当以所附的权利要求所界定的范围为准。

Claims

1.一种电池模块，其特征在于，包含：

一框架；

至少一第一电池阵列，容设于该框架中，该第一电池阵列包含多个第一电池，所述第一电池沿着一第一方向排列；

至少一第二电池阵列，容设于该框架中，该第二电池阵列包含多个第二电池，所述第二电池沿着该第一方向排列；

至少一散热结构插槽，夹设于该第一电池阵列及该第二电池阵列之间；以及

至少一可模块化散热结构，依散热需求插设于该散热结构插槽中并热接触于所述第一电池及所述第二电池，该可模块化散热结构包含一储热式散热结构、一鳍片式散热结构、一流道式散热结构或一外部导热式散热结构。

2.如权利要求1所述的电池模块，其特征在于，还包含一框架开口，开设于该框架上并连通该散热结构插槽。

3.如权利要求2所述的电池模块，其特征在于，该框架开口开设于该框架上与该第一方向垂直的表面。

4.如权利要求2所述的电池模块，其特征在于，该框架开口开设于该框架上与该第一方向平行的表面。

5.如权利要求1所述的电池模块，其特征在于，该储热式散热结构为一实心金属块。

6.如权利要求1所述的电池模块，其特征在于，该可模块化散热结构包覆所述第一电池及所述第二电池的至少部分表面。

7.如权利要求6所述的电池模块，其特征在于，还包含：

多个第一散热槽；以及

多个第二散热槽，所述第一散热槽及所述第二散热槽分别排列于该可模块化散热结构面对所述第一电池及所述第二电池的相对两侧。

8.如权利要求1所述的电池模块，其特征在于，该可模块化散热结构为一长方体。

9.如权利要求1所述的电池模块，其特征在于，该散热结构与每一所述第一电池之间具有一公差，且该散热结构与每一所述第二电池之间也具有一公差。

10.如权利要求1所述的电池模块，其特征在于，该鳍片式散热结构还包含：

一本体；以及

多个鳍片，设置于该本体上与该第一方向垂直的表面。

11.如权利要求1所述的电池模块，其特征在于，还包含：多个穿孔，开设于该可模块化散热结构中，所述穿孔沿着该第一方向间隔地排列。

12.如权利要求1所述的电池模块，其特征在于，该流道式散热结构更包含：

一本体；以及

一流道，沿着该第一方向贯穿该本体。

13.如权利要求12所述的电池模块，其特征在于，还包含：多个扰流结构，凸设于该流道中。

14.如权利要求13所述的电池模块，其特征在于，该流道由一入口、一前段通道、一后段通道及一出口依序连通而成，且所述扰流结构凸设于该流道的该后段通道。

15.如权利要求14所述的电池模块，其特征在于，所述扰流结构彼此的间距沿着该后段通道朝向该出口的方向逐渐减少。

16.如权利要求1所述的电池模块，其特征在于，该外部导热式散热结构还包含：

一本体；以及

一散热板，贴附于该本体上与该第一方向垂直的表面。

17.如权利要求16所述的电池模块，其特征在于，该散热板为一水冷板，具有一冷却液通道，该冷却液通道平行于该本体上与该第一方向垂直的表面。

18.如权利要求1所述的电池模块，其特征在于，该外部导热式散热结构还包含：

一本体；以及

一加热器，贴附于该散热结构上与该第一方向垂直的表面。