CN107230750A - 电池模块 - Google Patents

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Abstract

一种电池模块，包含多个电池单元、一外壳及第一、第二电极。该外壳界定出一容纳所述电池单元的内部空间，并具有连通该内部空间的一第一开口及一第二开口、一第一表面、一第二表面、一设置在该第一表面的第一接合部，及一设置在该第二表面且形状对应该第一接合部的第二接合部。所述第一、第二电极分别设置于所述第一、第二表面且电连接所述电池单元。当该电池模块与另一个该电池模块连接时，该电池模块的第一接合部与另一个该电池模块的第二接合部稳固接合，且该电池模块的第一电极接触另一个该电池模块的第二电极形成电连接。

Description

电池模块
技术领域
本发明是关于一种电池模块，特别是一种浸没式、且可拼接组合使用的电池模块。
背景技术
电池，例如锂离子电池，在使用或充电过程中会产热，当电池过热或是暴露于高温环境下，会对电池的运作产生不良影响。在极端的情况下，过热的电池会发生热失控而爆炸。因此，一个具有多个电池单元的锂离子电池组通常会搭配一冷却系统使用，来防止过热的情况发生。现有的冷却方式例如：利用空气冷却、在每两相邻的所述电池单元之间夹设一散热板、使用一散热器，或将该电池组安装在一冷却槽内，并使一冷却液流通过该冷却槽。
虽然上述冷却方式可提供冷却效果，然而，该电池组及该冷却系统具有固定尺寸，将该电池组及该冷却系统应用于电动车或是电动船时，可供该电池组及该冷却系统设置的空间有限，可能无法妥当容置该电池组及该冷却系统，造成应用上的限制。
发明内容
本发明的目的在于提供一种可改变组合形状及组合尺寸大小的浸没式电池模块。
本发明电池模块，适用于和一冷却液搭配使用，其特征在于，该电池模块包含多个电池单元、一外壳、一第一电极，及一第二电极。每一电池单元具有相反的第一端及第二端。该外壳界定出一容纳所述电池单元且供该冷却液流通的内部空间，并具有连通该内部空间并供该冷却液分别流入及流出该外壳的一第一开口及一第二开口、一第一表面、一第二表面、一设置在该第一表面的第一接合部，及一设置在该第二表面且形状对应该第一接合部的第二接合部。该第一电极设置于该第一表面且电连接每一电池单元的第一端。该第二电极设置于该第二表面且电连接每一电池单元的第二端。当该电池模块与另一个该电池模块连接时，该电池模块的第一接合部与另一个该电池模块的第二接合部稳固接合，且该电池模块的第一电极接触另一个该电池模块的第二电极形成电连接。
该外壳包括一具有该第二表面的下壳体，及一具有该第一表面的上壳体，该下壳体及该上壳体相配合界定出该内部空间。
该外壳的该第一接合部及该第二接合部分别为凹凸面法兰。
所述第一、第二表面相反设置，该外壳还具有相反且连接所述第一、第二表面的一第三表面及一第四表面，该第一开口及该第二开口分别设置在该第三表面及该第四表面。
该电池模块适用于与一冷却岐管搭配使用，其中，该电池模块还包含多个自该外壳向外凸伸且围绕该第一开口及该第二开口的连接杆，所述连接杆用于连接该外壳与该冷却岐管。
该外壳还具有一自该第三表面向外凸伸且位置对应该第一开口的第一岐管部，及一自该第四表面向外凸伸且位置对应该第二开口的第二岐管部。
该第一岐管部形成一与该第一开口及该内部空间相连通且供该冷却液流通的开槽，该第二岐管部形成一与该第二开口及该内部空间相连通且供该冷却液流通的开槽。
该电池模块还包含多个可导电且间隔设置的导电片条，每一导电片条连接所对应相邻的所述电池单元，每一第一、第二电极分别连接所对应的所述导电片条，借以连接每一电池单元。
该外壳还具有连接该第三表面及该第四表面且相反的一第五表面及一第六表面、多个分别形成于该第五表面及该第六表面的凹槽，及多个间隔设置于该第五表面及该第六表面且位置对应所述凹槽的凸耳，所述凸耳凸伸入相邻的电池模块所对应的所述凹槽借以连接相邻的电池模块。
该电池模块还包含多个螺栓，该外壳的每一凸耳上形成至少一穿孔，每一螺栓用于穿过相邻的电池模块所对应的穿孔形成固定连接。
本发明的有益效果在于：借由该外壳的所述第一、第二接合部及所述第一、第二电极的设置，所述电池模块可如积木一般组合拼接使用，且借由该外壳与该第一开口及该第二开口的设置，所述电池单元是浸在流动的该冷却液中进行散热，不需另外在该电池模块外部装设一供该冷却液流通的冷却槽。
附图说明
图1是本发明电池模块之一第一实施例的立体图；
图2是该第一实施例的俯视图；
图3是该第一实施例的侧视图；
图4是该第一实施例的另一立体图；
图5是两个上下叠置的第一实施例的立体图；
图6是该电池模块的一示范例的立体图；
图7是该电池模块的另一示范例的立体图；
图8是图6所示的该电池模块的一外壳的一变化例的立体图，图中显示该外壳的一下壳体；
图9是图6所示的该电池模块的该变化例的仰视示意图，图中显示该外壳的一上壳体；
图10是本发明电池模块之一第二实施例的立体图；
图11是使用多个电池模块的第一实施例组成一电池系统并应用于一电动车的使用示意图；
图12是该电动车的后视图，图中显示所述电池模块的第一实施例围绕该电动车的一轴杆设置；
图13是使用多个电池模块的第二实施例所组成的另一电池系统的侧视图；
图14是图13所示的该电池系统的侧视示意图；
图15是使用上述电池系统的一驱动装置的电路图；及
图16是使用上述电池系统的另一驱动装置的电路图。
具体实施方式
下面结合附图及实施例对本发明进行详细说明。
在本发明被详细描述之前，应当注意在以下的说明内容中，类似的组件是以相同的编号来表示。
参阅图1至图4，本发明电池模块100之一第一实施例适用于和一冷却液(图未示)搭配使用。该电池模块100包含一外壳10、多个电池单元102、一第一电极116、一第二电极122、多个导电片条118、多个连接杆124、多个固定杆126，及多个螺栓111。
该外壳10具有相反的一第一表面11及一第二表面12、连接所述第一、第二表面11、12且相反的一第三表面13及一第四表面14，及连接所述第一、第二表面11、12及所述第三、第四表面13、14且相反的一第五表面15及一第六表面16。该外壳10包括一具有该第二表面12的下壳体106、一具有该第一表面11且设置在该下壳体106上的上壳体104、一设置在该第一表面11的第一接合部108，及一设置在该第二表面12且形状对应该第一接合部108的第二接合部110。该上壳体104及该下壳体106相配合界定出一容纳所述电池单元102且供该冷却液流通的内部空间101，且相配合形成所述第三、第四、第五、第六表面13、14、15、16。在本实施例中，该外壳10的该第一接合部108及该第二接合部110分别为凹凸面法兰(female andmale flanges)。
该外壳10还具有一设置在该第三表面13的第一开口112，及一设置在该该第四表面14的第二开口114。所述第一、第二开口112、114连通该内部空间101并供该冷却液分别流入及流出该外壳10。在本实施例中，该第一开口112设置于该下壳体106，该第二开口114设置于该上壳体104。所述螺栓111穿过所述上、下壳体104、106使所述上、下壳体104、106固接。在一些实施例中，该第一开口112及该第二开口114可皆设置于该下壳体106，或是皆设置于该上壳体104。在一些实施例中，该外壳10的开口的数量可依照实际应用需求设计为两个以上。
该上壳体104及该下壳体106的接合是利用下列技术中的至少一个：螺接(如上述利用所述螺栓111接合)、焊接，及黏接等。该外壳10的材质可以是塑料或多分子材料，例如：聚苯乙烯(polystyrene，PS)、聚氯乙烯(polyvinyl chloride，PVC)、聚碳酸酯(polycarbonate，PC)、聚乙烯(polyethylene，PE)、丙烯酸树脂(acrylicresin)、树脂玻璃(PLEXIGLASS)、热塑聚碳酸酯(LEXAN)，或酚醛树脂(phenolic resin)等。在一些实施例中，该外壳10的材质也可选自液晶聚合物(liquid crystal polymer)、丙烯腈-丁二烯-苯乙烯及聚碳酸酯合金(ABS-PC alloy)等可以符合设计需求的材料。
每一电池单元102具有一第一端102a(见图2)，及一相反于该第一端102a且正负极性不同于该第一端102a的第二端102b(见图3)。在一些实施例中，所述电池单元102为可充电电池，例如但不限于镍镉(NiCd)电池、镍氢(NiMH)电池，或锂离子电池。在一些应用锂离子电池技术的实施例中，所述电池单元102可以使用圆筒型18650锂离子电池。
该第一电极116设置于所述电池单元102的第一端102a，且具有两个与该外壳10实质上等宽的末端部116a，及一连接所述末端部116a的中间部116b。该第二电极122设置于所述电池单元102的第二端102b，且具有两个与该外壳10实质上等宽的末端部122a，及两个连接所述末端部122a的中间部122b。所述第一、第二表面11、12上形成多个位置对应所述电池单元102的连通孔132(图4仅显示形成于该第一表面11上的连通孔132)，所述导电片条118可导电且相间隔地设置，并横跨所对应的中间部116b、122b(图4仅显示横跨该第一电极116的中间部116b的所述导电片条118)。每一导电片条118穿过所对应的连通孔132连接所对应相邻的所述电池单元102。每一第一、第二电极116、122分别连接所对应的所述导电片条118，借以连接每一电池单元102。
该第一电极116及该第二电极122是由导电材料所制成，例如：金属(铜、铝，或镍)，或是铜铝镍的合金。所述导电片条118可由相同或是不同于所述第一、第二电极116、122的导电材料所制成。所述导电片条118与所述第一、第二电极116、122可以是一体成型，或是利用焊接、雷射焊接、摩擦焊接、超音波焊接、钨极惰性气体保护焊(tungsten inert gaswelding，TIG welding)、金属惰性气体熔接(metal inert gas welding，MIG welding)，或是其他可形成电连接的方式使所述导电片条118与所述第一、第二电极116、122连接。借由所述导电片条118的设置，该第一电极116的中间部116b电连接每一电池单元102的第一端102a，该第二电极122的中间部122b电连接每一电池单元102的第二端102b。
本实施例的电池模块100适用于与一冷却岐管(图未示)搭配使用，所述连接杆124自该外壳10向外凸伸且围绕该第一开口112及该第二开口114，并用于连接该外壳10与该冷却岐管。在一些实施例中，该电池模块100还包含分别设置在该第一开口112及该第二开口114的两个垫圈(图未示)，使该第一开口112及该第二开口114与该歧管之间形成密封。
如图3、5所示，当该电池模块100与另一个该电池模块100上下叠置时，位于下方的电池模块100的第一接合部108与位于上方的电池模块100的第二接合部110相互接合，如同积木组合形成稳固连接，且位于下方的电池模块100的第一电极116接触位于上方的电池模块100的第二电极122，借以形成电连接。
所述固定杆126(见图4)自该外壳10向外凸伸且与所述连接杆124间隔设置。借由一绑带(图未示)或是一托架(图未示)可将多个并排的电池模块100的所述固定杆126连接。
参阅图2、3，在一些实施例中，该电池模块100还包含一与该第一电极116的其中一个末端部116a电连接的连接件120。该连接件120可以是一螺杆，或是被配置为一防水绝缘电连接器。举例来说，该连接件120可与一电池管理系统(battery management system)电连接以量测该电池模块100的电压及温度，以确保该电池模块100没有过热或是造成安全顾虑的问题。
所述电池单元102排列成N排，每一排的数量为M，其中，M和N为整数。举例来说，所述电池单元102排列成两排，每一排的数量为三的倍数(例如：6个、12个，或18个)。又举例来说，一个具有15个所述电池单元102的电池模块100可以排列成三排，每一排的数量为五，或是排列成五排，每一排的数量为三。所述电池单元102的排列组合方式不以上述为限，可依照实际应用时的设计考虑进行调整或优化。所述电池单元102也可以设计成排列成单一排。图6为该电池模块100的一示范例，所述电池单元102的总数为六。图7为该电池模块100的另一示范例，所述电池单元102的总数为十二。
参阅图8、9，在该电池模块的第一实施例的一变化例中，该外壳10还包括两个分别形成于该第五表面15及该第六表面16的凹槽131，及多个间隔设置于该第五表面15及该第六表面16且位置对应所述凹槽131的凸耳128，所述凸耳128凸伸入相邻的电池模块100所对应的所述凹槽131借以连用来固接相邻的电池模块100。详细地说，每一凸耳128上形成两个穿孔130。所述上、下壳体104、106不等高，且每一上、下壳体104、106形成四个凸耳128。将该电池模块100的所述上、下壳体104、106接合时，所述上、下壳体104、106的凸耳128对齐，将另一个该电池模块100的所述上、下壳体104、106接合并倒置，另一个该电池模块100的凸耳128会凸伸入该电池模块100所对应的凹槽131内。每一螺栓111(见图4)穿过侧向相邻和上下相邻的电池模块100所对应的穿孔130形成固定连接。在实际实施时，每一凸耳128也可仅形成一个穿孔130。
参阅图10，本发明的电池模块170的一第二实施例的结构与该第一实施例大致相同，不同之处在于：该外壳17包括一下壳体172及一上壳体174，该下壳体172容置所述电池单元102，且具有所述第三、第四、第五、第六表面13、14、15、16。所述上、下壳体172、174可以胶黏、熔接、焊接等方式接合。该外壳17省略所述连接杆124(见图4)，该外壳17还包括一自该第三表面13向外凸伸且位置对应该第一开口112的第一岐管部176，及一自该第四表面14向外凸伸且位置对应该第二开口114的第二岐管部178。该第一岐管部176形成一与该第一开口112及该内部空间101相连通且供该冷却液流通的开槽180。该第二岐管部178形成一与该第二开口114及该内部空间101相连通且供该冷却液流通的开槽180。
当多个电池模块170直立排列组合成一电池串或是直立及水平排列组合成一电池系统时，所述电池模块170的第一、第二歧管部176、178连接形成可一供该冷却液流通的歧管。如图10所示，界定一条穿过该电池模块170的中心线L，所述第一、第二歧管部176、178是分别设置于该中心线L的两相反侧，也就是说，所述第一、第二歧管部176、178不排列在同一直在线，如此可确保所述电池模块170在进行串联时，每一电池模块170的第一、第二歧管部176、178分别连接到相邻电池模块170所对应的第一、第二歧管部176、178，也可使该冷却液在该外壳17内的流动达到更有效的降温散热作用。在一些实施例中，可分别设置两个垫圈(图未示)于所述第一、第二歧管部176、178的开槽180，以增加密封性。
图11为一应用该电池模块100的该第一实施例的电动车200，是由多个上下叠置的电池模块100组成电池串后，再利用一冷却歧管或一托架(图未示)将多个电池串水平排列接合而组合成一电池系统202。该电池系统202的组合形状可依照该电动车200内有限的空间作对应设计。图12为该电动车200的后视图，所述电池模块100排列组合容纳该电动车200内的一轴杆204。
在一实际应用中，该电动车200包括一电力传动系统(图未示)，该电力传动系统具有一450V高功率密度的发动机及控制器，该电池系统202设计成在450V的电压下，可提供33度(kWh)的电力。该电池系统202包含3240个所述电池单元，所述电池单元以30个组成一排，共有108排。该电动车200可另外设置一冷却装置(如：设置散热器及冷却系统)及一充电装置(如：SAE J1772充电系统)。在一些实施例中，该电池系统202可以被分割成两个或两个以上的电池组块，所述电池组块可用一电线(图未示)电连接，借以配合该电动车200内的有限空间。
图13、14为一电池系统300，该电池系统300包含多个结构与该电池模块100的第一实施例相同的电池模块302、多个水平歧管304、多个电池盖帽306，及多个跨接件308。在一些实施例中，该电池系统300还包含多个直立歧管(图未示)。所述直立歧管可与所述水平歧管304垂直连接设置。所述歧管304借由一管路(图未示)连接至一冷却系统(如：散热器或是热交换器等)。如图所示，上下叠置的电池模块302组成一电池串，该电池系统300是由10个电池串所组成，并借由所述跨接件308使所述电池串以串联方式电连接。每一跨接件308包括至少一结构与所述第一、第二电极116、122(见图3)相似的电极(图未示)，借此，所述跨接件308分别电连接各电池串位于最上方的电池模块302，及各电池串位于最下方的电池模块302。该电池系统300可配合安装的位置，使所述跨接件308和所述电池模块302共同界定出一形状配合安装位置的间隔310。
每一电池盖帽306包括至少一结构与所述第一、第二电极116、122相似的电极(图未示)，用以连接所述电池模块302及一电动车的主发动机或是电力系统(图未示)。在一些实施例中，所述跨接件308可使数量为双数的所述电池模块302以并联方式电连接。
图15为一应用于一电动车的驱动装置400的电路图，该驱动装置400包含多个由上述电池模块组成的电池系统402、一马达单元404、一泵浦单元406，及一散热器408。该电池系统402主要提供该马达单元404所需的动力。该马达单元404为一交流马达，所述电池系统402所产生的直流电可经由一现有的逆变器(inverter)或是其他技术来转换为交流电。
该泵浦单元406及该散热器408使该冷却液流过该电池系统402，且能避免该电池系统402过热产生热失控(thermal runaway)的情形。该冷却液可使用具有灭火能力的物质。在一些实施例中，该电池系统402、该泵浦单元406，及该散热器408组成一闭路冷却系统(closed loop cooling system)。在一些实施例中，可使用两相冷却(two phase cooling)方式，也就是该闭路冷却系统可再配合压力的控制，用以调整该冷却液的沸点。在一些实施例中，该电池系统402也可以用来提供电力给该电动车的其他组件。
如图16所示，应用该电池系统402于一电动船时(如：滑水艇或摩托艇)，可用一热交换器408’取代该散热器408。举例来说，该热交换器408’可利用湖水或海水作为一散热源流入及流出该热交换器408’的一入口端410及一出口端412，该电池系统402、该泵浦单元406，及该热交换器408’组成一开路冷却系统(open loop cooling system)。
在一些实施例中，该电池系统402可借由连接每一电池模块的连接件120到一电池管理系统401，来确保该电池系统402的每一电池模块的电压及温度在一安全数值范围内。
综上所述，该电池模块100、170可如同积木般拼接组合成不同尺寸及形状的电池系统，以满足不同空间大小的限制及满足不同电量需求。所述电池模块100、170不但可堆栈设置，定期维修时也便于更换。借由该外壳10及该第一、第二开口112、114的设计，每一电池模块100、170的电池单元102是浸在流动的该冷却液中达到散热效果，因此，不须另外设置一冷却槽在所述电池模块100、170外，故确实能达成本发明之目的。除此之外，组合成一电池系统的所述电池模块100、170可拆卸再组合成不同形状的电池系统。举例来说，用于电动飞机的电池组拆卸后可重新组装应用于电动船，或配置成蓄电池等。
以上所述，仅为本发明的实施例，当不能以此限定本发明实施的范围，即大凡依本发明权利要求书及专利说明书内容所作的简单的等效变化与修饰，皆仍属本发明专利涵盖的范围内。

Claims (10)

1.一种电池模块，适用于和一冷却液搭配使用，其特征在于，该电池模块包含：
多个电池单元，每一电池单元具有相反的第一端及第二端；
一外壳，界定出一容纳所述电池单元且供该冷却液流通的内部空间，该外壳具有连通该内部空间并供该冷却液分别流入及流出该外壳的一第一开口及一第二开口、一第一表面、一第二表面、一设置在该第一表面的第一接合部，及一设置在该第二表面且形状对应该第一接合部的第二接合部；
一第一电极，设置于该第一表面且电连接所述电池单元的第一端；及
一第二电极，设置于该第二表面且电连接所述电池单元的第二端；
其中，当该电池模块与另一个该电池模块连接时，该电池模块的第一接合部与另一个该电池模块的第二接合部稳固接合，且该电池模块的第一电极接触另一个该电池模块的第二电极形成电连接。
2.如权利要求1所述的电池模块，其特征在于：该外壳包括一具有该第二表面的下壳体，及一具有该第一表面的上壳体，该下壳体及该上壳体相配合界定出该内部空间。
3.如权利要求1所述的电池模块，其特征在于：该外壳的该第一接合部及该第二接合部分别为凹凸面法兰。
4.如权利要求3所述的电池模块，其特征在于：所述第一、第二表面相反设置，该外壳还具有相反且连接所述第一、第二表面的一第三表面及一第四表面，该第一开口及该第二开口分别设置在该第三表面及该第四表面。
5.如权利要求4所述的电池模块，其特征在于：该电池模块适用于与一冷却岐管搭配使用，其中，该电池模块还包含多个自该外壳向外凸伸且围绕该第一开口及该第二开口的连接杆，所述连接杆用于连接该外壳与该冷却岐管。
6.如权利要求4所述的电池模块，其特征在于：该外壳还具有一自该第三表面向外凸伸且位置对应该第一开口的第一岐管部，及一自该第四表面向外凸伸且位置对应该第二开口的第二岐管部。
7.如权利要求6所述的电池模块，其特征在于：该第一岐管部形成一与该第一开口及该内部空间相连通且供该冷却液流通的开槽，该第二岐管部形成一与该第二开口及该内部空间相连通且供该冷却液流通的开槽。
8.如权利要求1所述的电池模块，其特征在于：该电池模块还包含多个可导电且间隔设置的导电片条，每一导电片条连接所对应相邻的所述电池单元，每一第一、第二电极分别连接所对应的所述导电片条，借以连接每一电池单元。
9.如权利要求4所述的电池模块，其特征在于：该外壳还具有连接该第三表面及该第四表面且相反的一第五表面及一第六表面、多个分别形成于该第五表面及该第六表面的凹槽，及多个间隔设置于该第五表面及该第六表面且位置对应所述凹槽的凸耳，所述凸耳凸伸入相邻的电池模块所对应的所述凹槽借以连接相邻的电池模块。
10.如权利要求9所述的电池模块，其特征在于：该电池模块还包含多个螺栓，该外壳的每一凸耳上形成至少一穿孔，每一螺栓用于穿过相邻的电池模块所对应的穿孔形成固定连接。
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