CN111755770A - 电池装置及载具 - Google Patents

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Abstract

一种电池装置，包括电池模块及至少一调温模块。调温模块以热传导的方式配置于电池模块。每一调温模块包括致冷晶片。致冷晶片具有彼此相对的第一面与第二面。致冷晶片借由接收第一电信号，以升温第一面并降温第二面。致冷晶片借由接收第二电信号，以降温第一面并升温第二面。一种包括上述电池装置的载具亦被提出。本发明的电池装置可主动控温，具有较佳的温控效果。本发明的载具可主动控温，具有较广的使用环境温度。

Description

电池装置及载具
技术领域
本发明是有关于一种电池装置及载具，且特别是有关于一种可主动控温的电池装置及采用上述电池装置的载具。
背景技术
市面上的锂电池于使用上受限于环境温度。当环境温度超过预定值时，除了反应速率快造成电池芯外壳因压力大而膨胀，甚至导致爆炸之外，放电效率也下降。反之，当环境温度低于预定值时，反应速率低，且电池输出能量也大幅下降，甚至无法输出。目前将锂电池应用于无人载具上时，取消了放电保护机制以避免因失去电源而无法运作，并借由限制使用环境温度及降低电流负载来避免电池高温放电对电池造成的损害。
简言之，目前所有电池的控温对策皆无法同时解决电池在超过预定温度与低于预定温度的环境变数。再者，在超过预定温度环境下的无人载具，目前只能以被动式保护，无法满足电池主动控温的需求。此外，在超过预定温度下，电池输出效率下降，将使无人载具的工作时间降低，进而影响任务执行。
“背景技术”段落只是用来说明了解本发明内容，因此在“背景技术”段落所揭露的内容可能包含一些没有构成本领域技术人员所知道的已知技术。在“背景技术”段落所揭露的内容，不代表该内容或者本发明一个或多个实施例所要解决的问题，在本发明申请前已被本领域技术人员所知晓或认知。
发明内容
本发明提供一种电池装置，可主动控温，具有较佳的温控效果。
本发明还提供一种载具，包括上述的电池装置，可主动控温，具有较广的使用环境温度。
本发明的其他目的和优点可以从本发明所揭露的技术特征中得到进一步的了解。
为达上述之一或部分或全部目的或是其他目的，本发明的一实施例提出一种电池装置，包括电池模块及至少一调温模块。调温模块以热传导的方式配置于电池模块。每一调温模块包括致冷晶片。致冷晶片具有彼此相对的第一面与第二面。致冷晶片借由接收第一电信号，以升温第一面并降温第二面。致冷晶片借由接收第二电信号，以降温第一面并升温第二面。
本发明的另一实施例提出一种载具，包括机体以及电池装置。电池装置固定于机体上，且电池装置包括电池模块及至少一调温模块。调温模块以热传导的方式配置于电池模块。每一调温模块包括致冷晶片。致冷晶片具有彼此相对的第一面与第二面。致冷晶片借由接收第一电信号，以升温第一面并降温第二面。致冷晶片借由接收第二电信号，以降温第一面并升温第二面。
基于上述，本发明的实施例至少具有以下其中一个优点或功效。在本发明的电池装置的设计中，调温模块的致冷晶片可透过接收不同的电信号，而使第一面从致冷晶片的冷面转换为致冷晶片的热面，或将第一面从致冷晶片的热面转换为致冷晶片的冷面。借此，使本发明的电池装置可保持在相对稳定的温度环境下进行充放电，可增加寿命。此外，采用本发明的电池装置的载具则可具有全天候皆可使用的能力。
为让本发明的上述特征和优点能更明显易懂，下文特举实施例，并配合附图作详细说明如下。
附图说明
图1A是依照本发明的一实施例的一种载具的立体示意图。
图1B是图1A的载具的立体分解示意图。
图1C是图1A的载具的部分剖面示意图。
图1D是图1A的载具的调温模块的立体分解示意图。
图1E是图1A的载具的部分构件的示意图。
图2是本发明的另一实施例的一种载具的部分剖面示意图。
图3A是本发明的另一实施例的一种载具的部分剖面示意图。
图3B是图3A的载具的电池装置的局部放大剖面示意图。
图4是本发明的另一实施例的一种载具的部分剖面示意图。
具体实施方式
有关本发明之前述及其他技术内容、特点与功效，在以下配合参考附图之一较佳实施例的详细说明中，将可清楚的呈现。以下实施例中所提到的方向用语，例如：上、下、左、右、前或后等，仅是参考附图的方向。因此，使用的方向用语是用来说明并非用来限制本发明。
图1A是依照本发明的一实施例的一种载具的立体示意图。图1B是图1A的载具的立体分解示意图。图1C是图1A的载具的部分剖面示意图。图1D是图1A的载具的调温模块的立体分解示意图。图1E是图1A的载具的部分构件的示意图。
请先同时参考图1A、图1B及图1C，本实施例的载具10a包括机体100以及电池装置200a。电池装置200a固定于机体100上，且电池装置200a包括电池模块210以及至少一调温模块(图1C示意地绘示三个调温模块220a)。调温模块220a是以热传导的方式配置于电池模块210，且每一调温模块220a具有致冷晶片222a。致冷晶片222a具有彼此相对的第一面S1与第二面S2。致冷晶片222a借由接收第一电信号，以升温第一面S1并降温第二面S2。致冷晶片222a借由接收第二电信号，以降温第一面S1并升温第二面S2。
举例而言，并同时参考图1E，当图1E中的电信号E1为正电压且电信号E2为负电压时，电信号E1及电信号E2组成第一电信号，致冷晶片222a透过第一输入端T1接收正电压并透过第二输入端T2接收负电压，而使第一电信号输入至致冷晶片222a，以升温第一面S1并降温第二面S2。此外，当电信号E1为负电压且电信号E2为正电压时，电信号E1及电信号E2组成第二电信号，致冷晶片222a透过第一输入端T1接收负电压并透过第二输入端T2接收正电压，而使第二电信号输入至致冷晶片222a，以降温第一面S1并升温第二面S2。此处，电信号E1、E2是以电压作为举例说明，当然于其他实施例中，电信号E1、E2亦可为电流，此仍属于本发明所欲保护的范围。
简言之，借由输入电信号之极性的切换，可将第一面S1从致冷晶片222a的冷面转换为致冷晶片222a的热面，或将第一面S1从致冷晶片222a的热面转换为致冷晶片222a的冷面。借此，可使电池装置200a保持在相对稳定的温度环境下进行充放电，可增加电池装置200a的寿命，而采用此电池装置200a的载具10a则可具有全天候皆可使用的能力。
更进一步来说，本实施例的载具10a例如是飞行载具，其中飞行载具例如是多轴飞行器或定向飞行器。在其他实施例中，载具10a可以是陆上载具或机器人等，其中陆上载具例如是车辆或无人车，但并不局限于此。此处，载具10a是以飞行载具作为举例说明。在结构上，电池装置200a的电池模块210与调温模块220a可透过锁固的方式，如螺丝或螺栓，固定于机体100上。在电性上，电池装置200a的调温模块220a与机体100电连接，且电池模块210可供应电源给调温模块220a。在信号传递上，机体100与电池装置200a的调温模块220a之间可采有线传输或无线传输，于此并不加以限制。
更具体来说，请同时参考图1C、图1D及图1E，本实施例的电池模块210包括壳体212以及多个锂电池214，其中锂电池214位于壳体212内。电池模块210的锂电池214个数，较佳地，至少为四个。此处，锂电池214的个数是以六个作为举例说明。再者，调温模块220a配置于电池模块210的至少一侧表面(示意地绘示三个侧表面211、213、215)上，意即本实施例的调温模块220a具体化为外挂式调温模块。每一调温模块220a除了致冷晶片222a之外，还包括控温晶片224、第一导热垫226a以及第二导热垫228a。控温晶片224电连接致冷晶片222a，而第一导热垫226a配置于致冷晶片222a的第一面S1，且第二导热垫228a配置于致冷晶片222a的第二面S2。
此外，为了有效地保护致冷晶片222a与控温晶片224，本实施例的每一调温模块220a还包括上壳体221以及下壳体229。下壳体229组装于上壳体221，其中控温晶片224、致冷晶片222a、第一导热垫226a及第二导热垫228a位于上壳体221与下壳体229之间。另外，为了有效提高散热效率，每一调温模块220a可还包括散热鳍片227a，配置于上壳体221。举例而言，上壳体221可具有开口221a，其中散热鳍片227a可穿过开口221a而伸出上壳体221，但并不局限于此。于另一未绘示的实施例中，上壳体与散热鳍片亦可为一体成型的结构。由于本实施例的调温模块220a具有散热鳍片227a的设计，因此当载具10a飞行时可借由外界气流以冷却热面，可节省电力进而增加整体调温模块220a的效率。
请再参考图1C，本实施例的致冷晶片222a是位于电池模块210与散热鳍片227a之间，且致冷晶片222a的第一面S1位于电池模块210与第二面S2之间。为了精确的得知电池模块210的温度，本实施例的载具10a还还包括至少一温度感测器300，其中温度感测器300设置于电池模块210，举例而言，温度感测器300位于相邻两锂电池214之间，用以感测电池模块210的温度。本实施例以两个温度感测器300为例绘示于图1C中，但温度感测器300的数量不局限于此，可视电池模块210的尺寸大小、两锂电池214之间的距离等因素来考量设置合适的温度感测器300的数量。
当温度感测器300感测到电池模块210的温度小于第一温度值时，致冷晶片222a接收第一电信号，以升温第一面S1并降温第二面S2。当温度感测器300感测到电池模块210的温度大于第二温度值时，致冷晶片222a接收第二电信号，以降温第一面S1并升温第二面S2。此处，第一温度值小于第二温度值。值得一提的是，致冷晶片222a的第一面S1与第二面S2的温差介于20℃至70℃，视热面的冷却效果而定。在使效率上，输入30瓦的电可带走3瓦至9瓦的热，效率约为10％至30％。
简言之，在本实施例的载具10a的设计中，其电池装置200a的调温模块220a具有致冷晶片222a，因此当温度感测器300感测到的温度高于或低于设定值时，致冷晶片222a透过接收不同的电信号，即可启动冷却及加热的效果，以调整电池模块210的温度。如此一来，本实施例的电池装置200a可具有主动控温的功能，可保持在相对稳定的温度环境下进行充放电，可增加寿命。再者，本实施例的调温模块220a是以外挂的方式配置于电池模块210的侧表面211、213、215上，具有结构简单、轻巧、稳度性高的优势，而其致冷晶片222a具有高精度、高反应的控制，透过简单直流供电及可达到高冷却效率及精准控温的需求。此外，采用本实施例的电池装置200a的载具10a则可大幅增加使用环境温度范围，而具有全天候皆可使用的能力。
在此必须说明的是，下述实施例沿用前述实施例的元件标号与部分内容，其中采用相同的标号来表示相同或近似的元件，并且省略了相同技术内容的说明。关于省略部分的说明可参考前述实施例，下述实施例不再重复赘述。
图2是本发明的另一实施例的一种载具的部分剖面示意图。请同时参考图1C以及图2，本实施例的载具10b与图1C的载具10a相似，两者的差异在于：本实施例电池装置200b还包括至少一导热片230，其中导热片230配置于电池模块210的壳体212内且位于锂电池214之间，用以将电池模块210内的热传递至调温模块220a。此处，导热片230与壳体212可为一体成型，但并不局限于此。此外，在本实施例中，温度感测器300设置于电池模块210，举例而言，温度感测器300位于锂电池214与导热片230之间。更进一步而言，导热片230的两侧可设有导热垫(图未示)，如此一来，温度感测器300可位于锂电池214与导热垫之间。
图3A是本发明的另一实施例的一种载具的部分剖面示意图。图3B是图3A的载具的电池装置的局部放大剖面示意图。请同时参考图1C以及图3A，本实施例的载具10c与图1C的载具10a相似，两者的差异在于：本实施例的电池装置200c的调温模块220c包括致冷晶片222c、控温晶片224(请参考图1E)、第一导热垫226c、散热鳍片227c以及第二导热垫228c，其中致冷晶片222c位于电池模块210的锂电池214之间。意即，本实施例的调温模块220c具体化为内嵌式调温模块。此外，在本实施例中，温度感测器300设置于电池模块210，举例而言，温度感测器300位于锂电池214与第一导热垫226c之间，或者，温度感测器300位于锂电池214与第二导热垫228c之间，如图3B所示。
详细来说，请同时参考图1E、图3A与图3B，本实施例的致冷晶片222c具有第三面S3，其中第二面S2位于第一面S1与第三面S3之间，且散热鳍片227c连接第二面S2的相对两侧。更具体来说，致冷晶片222c的第一面S1位于电池模块210的一锂电池214与第二面S2之间，而第三面S3位于电池模块210的另一锂电池214与第二面S2之间。此处，散热鳍片227c的延伸方向垂直于致冷晶片222c的延伸方向。此外，本实施例的电池装置200c还包括至少一散热鳍片(图3A示意地绘示三个散热鳍片240)，其中散热鳍片240配置于电池模块210的侧面211、213、215上。
当温度感测器感测300到电池模块210的温度小于第一温度值时，致冷晶片222c接收第一电信号，以升温第一面S1以及第三面S3并降温第二面S2。当温度感测器300感测到电池模块210的温度大于第二温度值时，致冷晶片222c接收第二电信号，以降温第一面S1以及第三面S3并升温第二面S2。此处，第一温度值小于第二温度值。也就是说，当电池模块210的温度低于预定值时，致冷晶片222c的第一面S1与第三面S3接收第一电信号，以升温第一面S1以及第三面S3呈热面，并降温第二面S2呈冷面，以替与第一面S1相邻的锂电池214以及与第三面S3相邻的锂电池214加温，进而使电池模块210整体的温度上升。另一方面，当电池模块210的温度高于预定值时，致冷晶片222c接收第二电信号，以降温第一面S1以及第三面S3呈冷面，并升温第二面S2呈热面，以替与第一面S1相邻的锂电池214以及与第三面S3相邻的锂电池214降温，进而使电池模块210整体的温度下降，并透过散热鳍片227c、240来对电池模块210进行散热。
图4是本发明的另一实施例的一种载具的部分剖面示意图。请同时参考图3A以及图4，本实施例的载具10d与图3A的载具10c相似，两者的差异在于：本实施的电池装置200d还包括图1C的调温模块220a(即外挂式调温模块)。也就是说，本实施例的电池装置200d同时具有外挂式调温模块(即调温模块220a)与内嵌式调温模块(即调温模块220c)。
更具体来说，调温模块220a配置于电池模块210的侧表面211、213、215上，而调温模块220c位于电池模块210的壳体212内且位于锂电池214之间。当温度感测器感测300到电池模块210的温度小于第一温度值时，致冷晶片222a、222c接收第一电信号，以升温第一面S1以及第三面S3并降温第二面S2。当温度感测器300感测到电池模块210的温度大于第二温度值时，致冷晶片222a、222c接收第二电信号，以降温第一面S1以及第三面S3并升温第二面S2。此处，第一温度值小于第二温度值。也就是说，当电池模块210的温度低于预定值时，致冷晶片222a、222c的第一面S1与第三面S3接收第一电信号，以升温第一面S1以及第三面S3呈热面，并降温第二面S2呈冷面，以替电池模块210加温。另一方面，当电池模块210的温度高于预定值时，致冷晶片222a、222c接收第二电信号，以降温第一面S1以及第三面S3呈冷面，并升温第二面S2呈热面，并透过散热鳍片227a、227c来对电池模块210进行散热。
综上所述，本发明的实施例至少具有以下其中一个优点或功效。本发明的实施例至少具有以下其中一个优点或功效。在本发明的电池装置的设计中，调温模块的致冷晶片可透过接收不同的电信号，即可同时启动冷却及加热效果。借此，使本发明的电池装置可保持在相对稳定的温度环境下进行充放电，可增加寿命。再者，本发明的调温模块是以热传导的方式配置于电池模块，即可为外挂式调温模块或内嵌式调温模块，具有结构简单、轻巧、稳度性高的优势，而其致冷晶片具有高精度、高反应的控制，透过简单直流供电及可达到高冷却效率及精准控温的需求。此外，采用本发明的电池装置的载具则可具有全天候皆可使用的能力。
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，即所有依本发明权利要求书及发明说明内容所作的简单的等效变化与修改，皆仍属本发明专利涵盖的范围内。另外本发明的任一实施例或权利要求不须达成本发明所揭露的全部目的或优点或特点。此外，摘要和发明名称仅是用来辅助专利文献检索之用，并非用来限制本发明之权利范围。此外，本说明书或权利要求书中提及的“第一”、“第二”等用语仅用以命名元件(element)的名称或区别不同实施例或范围，而并非用来限制元件数量上的上限或下限。
附图标记说明：
10a、10b、10c、10d：载具
100：机体
200a、200b、200c、200d：电池装置
210：电池模块
211、213、215：侧表面
212：壳体
214：锂电池
220a、220c：调温模块
221：上壳体
221a：开口
222a、222c：致冷晶片
224：控温晶片
226a、226c：第一导热垫
227a、227c：散热鳍片
228a、228c：第二导热垫
229：下壳体
230：导热片
240：散热鳍片
300：温度感测器
S1：第一面
S2：第二面
S3：第三面
T1：第一输入端
T2：第二输入端。

Claims (21)

1.一种电池装置，其特征在于，所述电池装置包括电池模块以及至少一调温模块，其中：
所述至少一调温模块以热传导的方式配置于所述电池模块，各所述至少一调温模块包括致冷晶片，所述致冷晶片具有彼此相对的第一面与第二面，其中所述致冷晶片借由接收第一电信号，以升温所述第一面并降温所述第二面，且所述致冷晶片借由接收第二电信号，以降温所述第一面并升温所述第二面。
2.根据权利要求1所述的电池装置，其特征在于，各所述至少一调温模块还包括：
控温晶片，其电连接所述致冷晶片；
第一导热垫，其配置于所述致冷晶片的所述第一面；以及
第二导热垫，其配置于所述致冷晶片的所述第二面。
3.根据权利要求2所述的电池装置，其特征在于，各所述至少一调温模块还包括：
上壳体；以及
下壳体，其组装于所述上壳体，其中所述控温晶片、所述致冷晶片、所述第一导热垫及所述第二导热垫位于所述上壳体与所述下壳体之间。
4.根据权利要求3所述的电池装置，其特征在于，各所述至少一调温模块还包括：
散热鳍片，其配置于所述上壳体。
5.根据权利要求4所述的电池装置，其特征在于，所述至少一调温模块配置于所述电池模块的至少一侧表面上，且所述致冷晶片位于所述电池模块与所述散热鳍片之间。
6.根据权利要求5所述的电池装置，其特征在于，还包括：
至少一导热片，其中所述电池模块包括壳体以及多个锂电池，所述多个锂电池位于所述壳体内，而所述至少一导热片配置于所述壳体内且位于所述多个锂电池之间。
7.根据权利要求6所述的电池装置，其特征在于，所述至少一导热片与所述壳体一体成型。
8.根据权利要求2所述的电池装置，其特征在于，所述电池模块包括壳体以及多个锂电池，所述多个锂电池位于所述壳体内，而所述至少一调温模块位于所述多个锂电池之间，且所述致冷晶片具有第三面，所述第二面位于所述第一面与所述第三面之间，所述致冷晶片借由接收所述第一电信号，以升温所述第三面，所述致冷晶片借由接收所述第二电信号，以降温所述第三面。
9.根据权利要求8所述的电池装置，其特征在于，还包括：
至少一散热鳍片，其配置于所述电池模块的至少一侧面上。
10.根据权利要求1所述的电池装置，其特征在于，所述至少一调温模块包括至少一内嵌式调温模块以及至少一外挂式调温模块，所述电池模块包括壳体以及多个锂电池，所述多个锂电池位于所述壳体内，而所述至少一内嵌式调温模块位于所述多个锂电池之间，所述至少一外挂式调温模块配置于所述电池模块的至少一侧表面上。
11.根据权利要求10所述的电池装置，其特征在于，各所述至少一内嵌式调温模块的所述致冷晶片具有第三面，所述第二面位于所述第一面与所述第三面之间，各所述至少一内嵌式调温模块的所述致冷晶片借由接收所述第一电信号，以升温所述第三面，且各所述至少一内嵌式调温模块的所述致冷晶片借由接收所述第二电信号，以降温所述第三面，各所述至少一内嵌式调温模块包括：
控温晶片，其电连接各所述至少一内嵌式调温模块的所述致冷晶片；
第一导热垫，其配置于各所述至少一内嵌式调温模块的所述致冷晶片的所述第一面；以及
第二导热垫，其配置于各所述至少一内嵌式调温模块的所述致冷晶片的所述第三面。
12.根据权利要求10所述的电池装置，其特征在于，各所述至少一外挂式调温模块包括：
上壳体；
下壳体，其组装于所述上壳体；
控温晶片，其电连接各所述至少一外挂式调温模块的所述致冷晶片，且所述控温晶片位于所述上壳体与所述下壳体之间；
第一导热垫，其配置于各所述至少一外挂式调温模块的所述致冷晶片的所述第一面，且位于所述上壳体与所述下壳体之间；
第二导热垫，其配置于各所述至少一外挂式调温模块的所述致冷晶片的所述第二面，且位于所述上壳体与所述下壳体之间；以及
散热鳍片，其配置于所述上壳体；
其中所述控温晶片、各所述至少一外挂式调温模块的所述致冷晶片、所述第一导热垫及所述第二导热垫位于所述上壳体与所述下壳体之间。
13.根据权利要求1所述的电池装置，其特征在于，所述第一电信号与所述第二电信号分别为电压。
14.根据权利要求1所述的电池装置，其特征在于，所述第一电信号与所述第二电信号分别为电流。
15.一种载具，其特征在于，所述载具包括机体以及电池装置，其中：
所述电池装置固定于所述机体上，并且所述电池装置包括电池模块以及至少一调温模块，其中：
所述至少一调温模块以热传导的方式配置于所述电池模块，各所述至少一调温模块包括致冷晶片，所述致冷晶片具有彼此相对的第一面与第二面，其中所述致冷晶片借由接收第一电信号，以升温所述第一面并降温所述第二面，且所述致冷晶片借由接收第二电信号，以降温所述第一面并升温所述第二面。
16.根据权利要求15所述的载具，其特征在于，所述电池装置的所述至少一调温模块与所述机体电连接。
17.根据权利要求15所述的载具，其特征在于，所述电池模块供应电源给所述至少一调温模块。
18.根据权利要求15所述的载具，其特征在于，所述电池装置的所述电池模块与所述至少一调温模块透过锁固的方式固定于所述机体上。
19.根据权利要求15所述的载具，其特征在于，还包括：
至少一温度感测器，其设置于所述电池模块。
20.根据权利要求19所述的载具，其特征在于，所述致冷晶片的所述第一面位于所述电池模块与所述第二面之间，当所述至少一温度感测器感测到所述电池模块的温度小于第一温度值时，所述致冷晶片接收所述第一电信号，以升温所述第一面并降温所述第二面，当所述至少一温度感测器感测到所述电池模块的温度大于第二温度值时，所述致冷晶片接收所述第二电信号，以降温所述第一面并升温所述第二面，所述第一温度值小于所述第二温度值。
21.根据权利要求19所述的载具，其特征在于，所述致冷晶片具有第三面，所述第二面位于所述第一面与所述第三面之间，所述致冷晶片借由接收所述第一电信号，以升温所述第三面，所述致冷晶片借由接收所述第二电信号，以降温所述第三面，且所述致冷晶片的所述第一面位于所述电池模块与所述第二面之间，所述第三面位于所述电池模块与所述第二面之间，当所述至少一温度感测器感测到所述电池模块的温度小于第一温度值时，所述致冷晶片接收所述第一电信号，以升温所述第一面以及所述第三面并降温所述第二面，当所述至少一温度感测器感测到所述电池模块的温度大于第二温度值时，所述致冷晶片接收所述第二电信号，以降温所述第一面以及所述第三面并升温所述第二面，所述第一温度值小于所述第二温度值。
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