CN111312975B - 电池模组及包含它的储能系统 - Google Patents

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Abstract

一种电池模组包含多个电池芯及至少一导电片。包括，至少一导电片电连接于所述多个电池芯，导电片包含一表面以及多个突出部。所述多个突出部形成于该表面上，且从该表面突设而出，而且于该表面上形成多个贯通孔，用以缩短该至少一导电片电流路径的宽度。本发明提供的电池模组及包含它的储能系统，能够提供散热功能，减少因阻抗提高所造成的升温度效果，并且能够在不增加功率元件的设置，不需要增加额外的成本。

Description

电池模组及包含它的储能系统
技术领域
本发明关于一种储能系统及包含它的储能系统，尤其关于一种利用导电片来调整阻抗的电池模组及包含它的储能系统。
背景技术
图1显示现有伺服储能柜的立体图。如图1所示，现有伺服储能柜100包含一外壳110以及多个电池模组120。所述多个电池模组120设于外壳110内且相互地电连接。随着系统对高功率的需求日益增加，伺服储能柜100的电池系统所乘载的电池模组120也日益增加，因此对电池模组120的阻抗均一性设计要求日益严苛。为克服前述问题，传统利用增加功率器件来调整电池模组120的整体阻抗。
图2显示现有技术电池模组的分解图。如图2所示，电池模组120包含多个圆柱形电池芯121、至少一支架(cell holder)123及多数的导电片124。所述多个支架123界定多个电池容置空间用以放置并固定电池芯121，所述多个电池芯121分别在所述多个支架123的长方向x及宽方向z堆迭。所述多个导电片124分别设于电池芯121的两端，用以使所述多个电池芯121并联或串联而形成多个电池芯阵列。所述多个导电片124是用焊接方式焊接于每颗电池芯121上，达到串联及并联的功能。电池模组120还有包含一电路板126。电路板126可以为一BMS控制板。该至少一支架123更界定出一容置空间，用以容置电路板126。位于电池模组120两端的最终的正极或负极的所述多个导电片124被螺丝125锁附于电路板126，电路板126亦被螺丝125锁附于支架123。电路板126上设有多个电连接器。
图3显示现有导电片的俯视图。如图3所示，为了能够更顺利地将所述多个导电片124电焊接于所述多个电池芯120上，而于导电片124的对应电池芯120的电极的位置上，形成一开槽140。开槽140将两个电焊点142分离，使得电流能够绕过开槽140，而走较远的距离，藉以增加电焊点142的温度。如此设计，能够加强电焊的固定效果，避免导电片120移动或晃动。
图4显示现有伺服储能柜的电路示意图。如图4所示，伺服储能柜100的所述多个电池模组120互相地并联连接。当所述多个电池模组120的整体阻抗不相同时，由于电流会向阻抗小的电池模组120流动，而造成单一电池模组120因电流过大而损坏。传统上，电池模组120还包含有一功率器件127其能够设于电路板126上，以调整电池模组120的整体阻抗，使得伺服储能柜100的所述多个电池模组120的整体阻抗能够互相地匹配。
传统利用增加功率器件127来调整电池模组120的整体阻抗，由于是单点局部发热，亦即，仅在功率器件127发热，因此所需的附属散热部件体积极大，此外无法散热时，则常常造成功率器件127温升过高，产生安全问题。因此，如何调整电池模组120整体阻抗值，同时考虑散热问题，并且不须增加功率器件127而能简化制造工艺及降低成本，是目前值得探讨的问题。
发明内容
依据本发明一实施例的目的在于，提供一种电池模组，它的导电片提高了阻抗值，同时考虑散热问题，并且能简化制造工艺及降低成本。另一实施例的目的在于，包含有前述电池模组及另一电池模组的储能系统，其两相异电池模组的导电片的结构相异，藉以两相异电池模组的整体阻抗互相地匹配。
依据本发明一实施例，一种电池模组包含多个电池芯及至少一导电片。至少一导电片电连接于所述多个电池芯，导电片包含一表面以及多个突出部。所述多个突出部形成于该表面上，且从该表面突设而出，而且于该表面上形成多个贯通孔，用以缩短该至少一导电片电流路径的宽度。
于一实施例中，每一该突出部包含一散热面，该散热面包含第一侧边及第二侧边。第一侧边界定出一开口。第二侧边连接于该表面。
于一实施例中，该散热面更包含一第三侧边连接于该表面。该第二侧边及该第三侧边的一端连接于该第一侧边，且该第二侧边及该第三侧边的另一端互相连接。该散热面的面向该第一侧边的多个剖面，较靠近该第一侧边的剖面的面积，大于较远离该第一侧边的剖面的面积。
于一实施例中，该散热面的该第二侧边及该第三侧边的该另一端连接于一个点，而且该开口朝向一第一方向，且该第一方向不平行于该表面的法线方向。较佳的情况是，每一该突出部的该散热面形成一半圆锥状。
于一实施例中，在该散热面的面向该第一侧边的多个剖面中，较靠近该第一侧边的剖面的面积，小于较远离该第一侧边的剖面的面积。较佳的情况是，该开口朝向一第一方向，且该第一方向平行于该表面的法线方向。
于一实施例中，散热面包含一第三侧边及一第四侧边。第三侧边界定出另一开口且对向于该第一侧边。第四侧边连接于该表面且对向于该第二侧边。较佳的情况是，该开口朝向一第一方向。该另一开口朝向一第二方向，而且该第一方向及该第二方向皆不平行于该表面的法线方向。
于一实施例中，每一该突出部包含一散热面，该散热面还包含：一第一侧边及一第二侧边。第一侧边朝向远离该表面的方向。第二侧边连接于该表面。在该表面的界定出该贯通孔的两相对侧，设有两个所述多个突出部。
于一实施例中，至少一导电片包含多个电极端部及多个连接通道部。每一该连接通道部连接于两相邻的所述多个电极端部之间，而且该突出部以及所述多个贯通孔，设于每一该连接通道部。
依据本发明一实施例，一种储能系统包含如上所述的电池模组；以及另一电池模组。另一电池模组包含：多数的另一电池芯及至少另一导电片，设于所述多个另一电池芯的两端，用以将所述多个另一电池芯串联或并联地连接。
依据本发明一实施例，电池模组的导电片设置有多个突出部及多个贯通孔。贯通孔能够缩短导电片的电流路径的宽度。突出部能够提供散热功能，减少因阻抗提高所造成的升温度效果。因此，可以通过导电片的设计，使得储电系统中的电池模组与另一电池模组的整体阻抗，能够互相地匹配，而能够在不增加功率器件的设置，不需要增加额外的成本。
关于本发明的优点与精神可以通过以下的发明详述及所附图式得到进一步的了解。
附图说明
图1显示现有伺服储能柜的立体图。
图2显示现有电池模组的分解图。
图3显示现有导电片的俯视图。
图4显示现有伺服储能柜的电路示意图。
图5显示本发明一实施例的储能系统的立体图。
图6A显示本发明一实施例的电池模组的侧视图。
图6B显示本发明一实施例的另一电池模组的侧视图。
图7显示本发明一实施例的一导电片的俯视图。
图8A显示本发明一实施例的导电片的局部的放大图。
图8B显示本发明另一实施例的导电片的局部的放大图。
图8C显示本发明另一实施例的导电片的局部的放大图。
图8D显示本发明另一实施例的导电片的局部的放大图。
附图标号：
100：伺服储能柜
110：外壳
120：电池模组
121：电池芯
123：支架
124：导电片
125：被螺丝
126：电路板
127：功率器件
140：开槽
142：电焊点
200：储能系统
210：模组外壳
220a：电池模组
220b：电池模组
221：所述多个电池芯
224a：导电片
224b：另一导电片
228：模组外壳
241a：开槽
243：电焊点
245：电极端部
246：连接通道部
311：的定位孔
411：突出部
412：贯通孔
421：表面
430：散热面
431：第一侧边
432：第二侧边
433：第三侧边
434：第四侧边
439：开口
具体实施方式
图5显示本发明一实施例的储能系统的立体图。如图5所示，依据本发明一实施例，储能系统200包含一模组外壳210、一电池模组220a及另一电池模组220b。于本实施例中，储能系统200可以为一伺服储能柜。电池模组220a及另一电池模组220b设于模组外壳210内，而且相互地并联电连接。
图6A显示本发明一实施例的电池模组的侧视图。图6B显示本发明一实施例的电池模组的侧视图。如图6A所示，电池模组220a包含一模组外壳228、多个圆柱形电池芯221及多数的导电片224a。如图6B所示，另一电池模组220b包含一模组外壳228、多个圆柱形电池芯221及多数的另一导电片224b。模组外壳228用以容置所述多个电池芯221，于一实施例中，所述多个电池芯221可以被一支架(未图示)支撑而容置于模组外壳228内。所述多个导电片224a以及所述多个另一导电片224b分别置于所述多个电池芯221的两端，用以将所述多个电池芯221并联成多个电池阵列，并且将所述多个电池阵列串联连接，而形成电池模组220b及另一电池模组220a。
于一实施例中，支架上形成固定用槽型，而且模组外壳228受支架槽型结构固定，生产时点焊用的导电片224a及224b，可放置于支架上，支架上可有定位脚穿过导电片224a及224b的定位孔供其定位，而后进行点焊制造工艺。
电池模组220a的结构，相似于另一电池模组220b的结构，因此相同的器件使用相同的符号，以下说明两者的至少一相异处。电池模组220a包含导电片224a，而且导电片224a的电流路径的结构相异于另一导电片224b的电流路径的结构。依据前述特征，能够调整电池模组的整体阻抗值，同时考虑散热问题，并且不须增加功率器件而能简化制造工艺及降低成本。以下将更详细说明两者导电片的相异处。
图7显示本发明一实施例的一导电片的俯视图。如图7所示，导电片224a包含多个电极端部245及多个连接通道部246。连接通道部246连接于两相邻电极端部245之间。导电片224a包含一表面421、多个突出部411及多个贯通孔412。于本实施例中，所述多个突出部411位于一连接通道部246。突出部411形成于表面421上，且从表面421突设而出，于表面421上形成多个贯通孔412，贯通孔412贯通整个导电片224a，用以缩短导电片224a电流路径的宽度。如图6B所示，另一导电片224b不包含所述多个突出部411及所述多个贯通孔412。因此，另一导电片224b的电流路径的宽度，相异于导电片224a的电流路径的宽度。
每一电极端部245包含一开槽241a及两个电焊点243。开槽241a与导电片224a的表面的边缘形成至少一电流路径，且开槽241a位于两个电焊点243之间并将两个电焊点243分离，使得电焊的电流能够绕过开槽241a，于本实施例中，开槽241a为长条状，于一实施例中为I字型。
电池模组的整体阻抗包含印刷电路板组装(Printed circuit board assembly，PCBA)的阻抗、电池芯的阻抗、导电片的阻抗、电缆(cable)的阻抗及终端装置的阻抗。由于储能系统200需要很多的电池芯221，然而所述多个电池芯221可能因不同供应商的制造工艺不同，而有不同的阻抗，为了使储能系统200的电池模组的每一阻抗都相同，于现有技术中，在印刷电路板组装上增加功率器件，例如水银器件、半导体等。但这会有成本高、需要额外的电路、发热等的额外成本。而且，当发热量高时，还需要额外的散热模组除了增加成本之外，还需要额外的散热模组的空间。
于此相反，依据本发明，通过于导电片224a上形成多个突出部411及多个贯通孔412，所述多个贯通孔412能够使导电片224a电流路径的宽度改变，以调整导电片224a阻抗值，进而达到电池模组220a及220b阻抗均一性设计。而所述多个突出部411能够不减少散热的面积，甚至提高散热面积，并且提供散热的空气流道，增加散热的效能。
举例而言，当另一电池模组220b的所述多个电池芯221的阻抗为60mΩ；所述多个另一导电片224b的阻抗为40mΩ；且电池模组220a的所述多个电池芯221的阻抗为40mΩ时，仅需要通过在导电片224a上设置多个突出部411及多个贯通孔412，即可将所述多个导电片224a的阻抗提高至60mΩ，而使另一电池模组220b及电池模组220a的整体阻抗皆为100mΩ。如此设计，可以不增加额外的器件，能够减少制造成本。此外，由于另一电池模组220b及电池模组220a的整体阻抗，皆为100mΩ，因此当储能系统200的外部发生短路时，电流不会全部回馈至阻抗为40mΩ的所述多个电池芯221，而造成电池模组220a承受所有的电流，且因超过承受量而损坏。
此外，由于电池模组220a的所述多个导电片224a及另一电池模组220b的所述多个另一导电片224b，是均匀地设于所述多个电池芯221的两端，因此发热较为均匀，没有局部发热而造成局部温度过高的问题。此外，所述多个导电片224a皆直接接触所述多个电池芯221，因此当所述多个导电片224a发热时，也能够散热至电池芯221，而不会将热集中在局部。
如上述，依据本发明一实施例，利用所述多个贯通孔412使电流行走路径的长度与宽度改变，以调整导电片阻抗值，增加的阻抗分散到各导电片。此外，利用所述多个突出部411，而不减少散热的面积，甚至能够提高散热面积，并且提供散热的空气流道，有利于散热而使整体电池模组降温。本发明不限制，所述多个突出部411及所述多个贯通孔412的形状、结构、数量等，可以依产生的相异性进行适宜的设计。本发明也不限制，制造所述多个突出部411及所述多个贯通孔412的方法，于一实施例，可以使用冲压的方式来制造，将原本贯通孔412的部分当作突出部411的材料，如此可以不使用额外的材料。
图8A显示本发明一实施例的导电片的局部的放大图。如图8A所示，突出部411包含一散热面430，散热面430包含：一第一侧边431界定出一开口439；以及一第二侧边432连接于表面421。于本实施例中，散热面430更包含一第三侧边433，连接于表面421。第二侧边432及第三侧边433的一端连接于第一侧边431，且第二侧边432及第三侧边433的另一端互相连接，而且散热面430的面向第一侧边431的多个剖面，较靠近第一侧边431的剖面的面积，大于较远离第一侧边431的剖面的面积。
开口439连通于贯通孔412，而且第一侧边431、第二侧边432及第三侧边433，在界定出贯通孔412的表面421的壁处，从表面421向上延伸而出。于本实施例中，散热面430的第二侧边432及第三侧边433的另一端连接于一个点，而且开口439朝向一第一方向，且第一方向不平行于表面421的法线方向，较佳地第一方向大致上垂直于表面421的法线方向。更具体而言，突出部411的散热面430，形成一半圆锥状，如此能够增加散热面430的面积。此外，由于开口439连通于贯通孔412，因此，空气可以从开口439流入而从贯通孔412流出，或者相反，因此能够使空气流更为平顺，增加散热效果。
如图8A所示，突出部411为利用冲压制造工艺所形成的半破的凸包，当电流流经此区段，因凸包的贯通孔412破断阻隔，电流可流经的截面宽度相对缩减，效果等同缩减导电片的宽度，进而可提高电阻值，而因凸包为半破而非破孔，保留原且增加有镍片截面积(作为散热面430)以散热，因此可降低缩窄导电片(镍片)宽度带来的导电片(镍片)温升过高问题。于一实施例中，散热面430的第一侧边431的厚度小于导电片224a的厚度，因此散热面430的总面积大于贯通孔412的面积。更具体而言，对导电片224a冲压时，除了形成贯通孔412之外，保留原本位于贯通孔412的材料，形成散热面430，同时加以拉伸让第一侧边431的厚度小于导电片224a的厚度，藉以增加散热面430的散热面积。
于一实施例中，半破的凸包数量与大小可依电流密度分布与阻抗值需求进行调整，使系统于温升散热与阻抗值提高需求间进行最佳化设计，例如可于低电流密度处布置较多或较大的半破凸包以提高阻抗值，可于高电流密度处布置较少或较小的半破凸包以使提高阻抗值同时，保留且增加原有镍片截面积以散热，因此可同时提高阻抗值但避免缩窄镍片宽度带来的镍片温升过高问题。因此，本发明一实施例，相较于先前技术所达成的功效在于，提高阻抗值，同时解决散热问题，并且能简化制造工艺及降低成本。
图8B显示本发明另一实施例的导电片的局部的放大图。如图8B所示，突出部411的散热面430包含：一第一侧边431界定出一开口439；以及一第二侧边432连接于表面421。在散热面430的面向第一侧边431的多个剖面中，较靠近第一侧边431的剖面的面积，小于较远离第一侧边431的剖面的面积。开口439朝向一第一方向且第一方向平行于表面421的法线方向。开口439连通于贯通孔412。而且，第二侧边432在界定出贯通孔412的表面421的壁处，从表面421向上延伸而出。
图8C显示本发明另一实施例的导电片的局部的放大图。如图8C所示，突出部411的散热面430包含：一第一侧边431界定出一开口439；一第二侧边432连接于表面421；一第三侧边433界定出另一开口439，且对向于第一侧边431；以及一第四侧边434，连接于表面421，且对向于第二侧边432。第一侧边431所界定的开口439朝向一第一方向，第三侧边433所界定的另一开口439朝向一第二方向，且第二方向相反于第一方向，而且第一方向及第二方向皆不平行于表面421的法线方向。于一实施例中，第二方向亦可以不相反于第一方向。开口439及另一开口439皆连通于贯通孔412，用以作为空气流道。
图8D显示本发明另一实施例的导电片的局部的放大图。如图8D所示，突出部411包含一散热面430，散热面430更包含：一第一侧边431，朝向远离表面421的方向；以及一第二侧边432，连接于表面421。而且，在表面421的界定出贯通孔412的两相对侧，设有两个所述多个突出部411。贯通孔412的两相对侧的所述多个突出部411的所述多个第一侧边431，没有互相地连接，藉以使贯通孔412形成一开放状态，能够让空气流通。
于储能系统200中，当电池模组220a的所述多个电池芯221的阻抗小于另一电池模组220b的所述多个电池芯221的阻抗时，高密度的电流会流向电池模组220a。依据本发明中，利用所述多个贯通孔412缩小导电片224a的电流路径的宽度，调整导电片224a的阻抗值，相对于使用功率器件的结构不会形成局部的升温。此外，还同时利用所述多个突出部411进行散热，以避免温度升高，达到最佳设计。于前述所述多个实施例中，由于图8A实施例的散热面430的面积最大，因此散热效果最佳。
综上所述，依据本发明一实施例，电池模组220a的导电片224a设置有多个突出部411及多个贯通孔412。贯通孔412能够缩短导电片224a的电流路径的宽度。突出部411能够提供散热功能，减少因阻抗提高所造成的升温度效果。依据另一实施例，在储能系统200中，第一电池模组220a的所述多个第一导电片224a的电流路径的宽度，相异于第二电池模组220b的所述多个第二导电片224b的电流路径的宽度。因此，可以通过导电片使得电池模组220a与另一电池模组220b的整体阻抗，能够互相地匹配，而能够在不增加功率器件的设置，不需要增加额外的成本。而且，阻抗较高的导电片224a，平均地分布较不会使热集中在局部，造成局部温度过高，所述多个导电片224a直接接触所述多个电池芯221，能够将整体的热更通过所述多个电池芯221进一步地分散。
虽然本发明已以较佳实施例揭露如上，然其并非用以限定本发明，任何本领域技术人员，在不脱离本发明的精神和范围内，当可做些许更动与润饰，因此本发明的保护范围当视权利要求所界定者为准。

Claims (9)

1.一种电池模组，其特征在于，包含：
多个电池芯；及
至少一导电片，电连接于所述多个电池芯，包含：
一表面；以及
多个突出部，形成于所述表面上，且从所述表面突设而出，
其中，于所述表面上形成多个贯通孔，用以缩短所述至少一导电片电流路径的宽度，
其中，每一所述突出部包含一散热面，所述散热面包含：
一第一侧边，界定出一开口；
一第二侧边，连接于所述表面；以及
一第三侧边，连接于所述表面，
所述第二侧边及所述第三侧边的一端连接于所述第一侧边，且所述第二侧边及所述第三侧边的另一端互相连接，而且
所述散热面的面向所述第一侧边的多个剖面，较靠近所述第一侧边的剖面的面积，大于较远离所述第一侧边的剖面的面积，而且
所述散热面的所述第二侧边及所述第三侧边的所述另一端连接于一个点，而且所述开口朝向一第一方向，且所述第一方向不平行于所述表面的法线方向。
2.如权利要求1所述的电池模组，其特征在于，
各个所述散热面的所述第一侧边的厚度小于所述至少一导电片的厚度，各个所述散热面的总面积大于各个所述贯通孔的面积。
3.如权利要求1至权利要求2任一项所述的电池模组，其特征在于，
至少一导电片包含多个电极端部及多个连接通道部，
每一所述连接通道部连接于两相邻的所述多个电极端部之间，而且所述突出部以及所述多个贯通孔，设于每一所述连接通道部。
4.如权利要求1所述的电池模组，其特征在于，每一所述突出部的所述散热面，形成一半圆锥状。
5.一种电池模组，其特征在于，包含：
多个电池芯；及
至少一导电片，电连接于所述多个电池芯，包含：
一表面；以及
多个突出部，形成于所述表面上，且从所述表面突设而出，
其中，于所述表面上形成多个贯通孔，用以缩短所述至少一导电片电流路径的宽度，
其中，每一所述突出部包含一散热面，所述散热面包含：
一第一侧边，界定出一开口；
一第二侧边，连接于所述表面；以及
在所述散热面的面向所述第一侧边的多个剖面中，较靠近所述第一侧边的剖面的面积，小于较远离所述第一侧边的剖面的面积，而且
所述开口朝向一第一方向，且所述第一方向平行于所述表面的法线方向。
6.如权利要求5所述的电池模组，其特征在于，
至少一导电片包含多个电极端部及多个连接通道部，
每一所述连接通道部连接于两相邻的所述多个电极端部之间，而且所述突出部以及所述多个贯通孔，设于每一所述连接通道部。
7.一种电池模组，其特征在于，包含：
多个电池芯；及
至少一导电片，电连接于所述多个电池芯，包含：
一表面；以及
多个突出部，形成于所述表面上，且从所述表面突设而出，
其中，于所述表面上形成多个贯通孔，用以缩短所述至少一导电片电流路径的宽度，
其中，每一所述突出部包含一散热面，所述散热面包含：
一第一侧边，界定出一开口；
一第二侧边，连接于所述表面；
一第三侧边，界定出另一开口，且对向于所述第一侧边；以及
一第四侧边，连接于所述表面，且对向于所述第二侧边，
所述开口朝向一第一方向，
所述另一开口朝向一第二方向，而且所述第一方向及所述第二方向皆不平行于所述表面的法线方向。
8.如权利要求7所述的电池模组，其特征在于，
至少一导电片包含多个电极端部及多个连接通道部，
每一所述连接通道部连接于两相邻的所述多个电极端部之间，而且所述突出部以及所述多个贯通孔，设于每一所述连接通道部。
9.一种储能系统，其特征在于，包含：
一如权利要求1至权利要求8任一项所述的电池模组；及
另一电池模组包含：多个另一电池芯及至少另一导电片，设于所述多个另一电池芯的两端，用以将所述多个另一电池芯串联或并联地连接。
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