CN214848765U - 具有独立监控的金属壳式电池装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型提供一种具有独立监控的金属壳式电池装置，其利用独立且完整的电池单元相互接触连接来构成串联、并联或是串并联混合的电池芯，再通过金属壳来进行封装，因电池单元之间仅有电荷转移而无进行电化学反应，因此可就由金属壳内所设置的电路板模块，配合电池单元设置有监控端子，而能够针对每一电池单元独立侦测监控，有效掌握整体电池装置之内的各电池单元的状态。

Description

具有独立监控的金属壳式电池装置

技术领域

本实用新型是关于一种电池装置，尤指一种利用完整且独立封装的电池单元构成电池芯，同时具有针对每一电池单元独立监控的金属壳式电池装置。

背景技术

现有技术的电池装置为了达到足够的电容量与电压，应用于各种领域，大多需要将多个电池单元来予以串联、并联或是串联、并联混合的方式构成堆栈的电池芯，以达到足够的电量与电压，以供后续应用于各种不同的领域。

现有技术如钮扣型二次电池如中国专利CN110447142，公开了电芯采用多个电池单元来进行串联或并联型态堆栈，提高单位体积的能量密度。然而，就其结构来说，无法针对堆栈于壳体内的电芯状态进行侦测与监控，这对密封于壳体内的多个电池单元来说，会形成安全性的一大隐忧。

实用新型内容

有鉴于此，本实用新型针对上述缺失，提出一种崭新的具有独立监控的金属壳式电池装置。该具有独立监控的金属壳式电池装置包含有：一电池芯，通过多个电池单元相互堆栈形成串联、并联、或是串联并联混合的型态所构成，每一该电池单元包含有：两个集电层，相互平行设置；一电化学系统，设置于该两个集电层之间，该电化学系统包含有:两个活性材料层，分别设置并接触于该两个集电层；以及一隔离层，设置于该两个活性材料层之间；一框胶，设置于该两个集电层之间且圈绕于该电化学系统周围；一金属壳，可以将该电池芯封装于其内，且该电池芯直接接触于该金属壳构成电性连接；一电路板模块，设置于该金属壳内，且邻近于该电池芯；以及多个监控端子，设置于该电池芯的该些电池单元，并与该电路板模块构成电性连接，而能将监控状态传输至该电路板模块。

作为优选，该些活性材料层含浸一电解质系统，该电解质系统为胶态、液态、固态电解液或其组合。

作为优选，该些电化学系统的该电解质系统相互不流通，且相邻的该些电化学系统仅具有电荷转移而无进行电化学反应。

作为优选，该些电池单元以不同极性的该集电层相互接触来构成串联。

作为优选，该些电池单元以相同极性的该集电层相互接触连接来构成并联。

作为优选，该框胶包含有一硅胶层以及该硅胶层两侧的两个改质硅胶层。

作为优选，该金属壳内充填有一散热剂或一阻燃剂。

作为优选，该金属壳包含有一金属上盖、一金属下盖、以及一绝缘片。

作为优选，还包含有一监控总埠，该监控总埠电性连接于该电路板模块。

作为优选，还包含有一支撑侧板。

本实用新型的主要目的在于提供一种具有独立监控的金属壳式电池装置，利用完整且独立模块的电池单元来进行堆栈成电池芯，配合直接与金属壳来接触构成电性连接，使得电池芯的电流路径最大化。

本新型的另一目的在于提供一种具有独立监控的金属壳式电池装置，每一电池单元皆可设置有监控端子，配合金属壳内设置有电路板模块，而能对每一电池单元进行电性监控，以避免电池过充过放提升安全性。

本实用新型提出一种具有独立监控的金属壳式电池装置，其包含有电池芯、金属壳、电路板模块与多个监控端子，电池芯由多个电池单元相互堆栈形成串联、并联、或是串联并联混合的型态所构成，且每一电池单元皆为独立且完整的模块，通过金属壳将电池芯封装于其内，且与电池芯的最外侧的直接导引连接，使电池芯的电流路径最大化；同时每一电池单元皆可设置有监控端子，配合电路板模块设置于金属壳内，而能接收监控端子的信号整合向外输出，而能对每一电池单元进行电性监控，以避免电池过充过放提升安全性。

另一方面，电池芯与金属壳之间可充填有散热剂或阻燃剂，来提升散热效率以维持电池性能，并能提升电池装置的安全性。

以下通过具体实施例详加说明，当更容易了解本新型的目的、技术内容、特点及其所达成的功效。

附图说明

图1A、图1B为本实用新型具有独立监控的金属壳式电池装置的示意图。

图2A为本实用新型具有独立监控的金属壳式电池装置的电池单元的示意图。

图2B为实用本新型具有独立监控的金属壳式电池装置的电池单元的另一实施例示意图。

图2C为本实用新型具有独立监控的金属壳式电池装置的电池单元的分解示意图。

图3A为本实用新型具有独立监控的金属壳式电池装置的电池芯串联型态示意图。

图3B为本实用新型具有独立监控的金属壳式电池装置的电池芯并联型态示意图。

图3C为本实用新型具有独立监控的金属壳式电池装置的电池芯串联并联混合型态示意图。

图4A、图4B为本实用新型具有独立监控的金属壳式电池装置的剖面示意图。

附图标记

20 电池单元

201 电化学系统

21 隔离层

22、23 活性材料层

24、25 集电层

26 框胶

261 改质硅胶层

262 改质硅胶层

263 硅胶层

30 金属壳

31 金属上盖

32 金属下盖

33 绝缘片

34 电路板模块

35 监控总埠

36 支撑侧板

37 止逆阀

40 电池芯

50 监控端子

具体实施方式

为了让本实用新型的优点，精神与特征可以更容易明确的了解，后续将以实施例并参照所述图式进行详述与讨论。需声明的是该些实施例仅为本实用新型代表性的实施例，并不以此局限本实用新型的实施态样与权利要求仅能局限于该些实施例态样。提供该些实施例的目的仅是让本实用新型的公开内容更加透彻与易于了解。

在本实用新型公开的各种实施例中使用的术语仅用于描述特定实施例的目的，并非在限制本实用新型所公开的各种实施例。除非有清楚的另外指示，所使用的单数形式也包含复数形式。除非另有限定，否则在本说明书中使用的所有术语(包含技术术语和科学术语)具有与本实用新型公开的各种实施例所属领域技术人员通常理解的涵义相同的涵义。上述术语(诸如在一般使用辞典中限定的术语)将被解释为具有与在相同技术领域中的语境涵义相同的涵义，并且将不被解释为具有理想化的涵义或过于正式的涵义，除非在本实用新型公开的各种实施例中被清楚地限定。

在本说明书的描述中，参考术语“一实施例”、“一具体实施例”等地描述意指结合该实施例描述地具体特征、结构、材料或者特点包含于本实用新型的至少一个实施例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不一定指的是相同的实施例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任何一个或多个实施例中以合适的方式结合。

在本实用新型的描述中，除非另有规定或限定，需要说明的是术语“耦接”、“连接”、“设置”应做广义的理解，例如，可以是机械连接或电性连接，也可以是两个组件内部的连通，可以是直接相连，也可以通过中间媒介间相连，对于本领域技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语的具体涵义。

请参阅图1A、图1B，本实用新型具有独立监控的金属壳式电池装置利用金属壳30将电池芯40容设封装于其中，因此首先针对电池单元20的部分来予以说明，请参阅图2A、图2C，本实用新型的电池单元20包含有两个集电层24、 25、电化学系统201与框胶26，电化学系统201包含有隔离层21、两个活性材料层22、23、以及含浸或混炼于其中的电解质系统，隔离层21的材料可选自于高分子材料、陶瓷材料或玻璃纤维材料，其上具有微孔洞可供离子通过，微孔洞可为贯通孔或是蚁孔(非直线贯通的态样)的型态，甚至是直接采用多孔性材料来达成，其中陶瓷材料选自于绝缘材料时，可以是微米级与纳米级的二氧化钛(TiO₂)、三氧化二铝(Al₂O₃)、二氧化硅(SiO₂)等材质或是烷基化的陶瓷颗粒所形成。陶瓷材料也可以选自氧化物固态电解质，例如锂镧锆氧(lithium lanthanum zirconium oxide；Li₇La₃Zr₂O₁₂；LLZO)或者磷酸钛铝锂(LATP)等。此外，陶瓷材料也可以是上述绝缘陶瓷材料与氧化物固态电解质所混合而成。上述的隔离层还可以包含高分子黏着剂，例如聚二氟乙烯(Polyvinylidene fluoride；PVDF)、聚偏二氟乙烯－共－三氯乙烯 (PVDF-HFP)、聚四氟乙烯(Polytetrafluoroethene；PTFE)、压克力酸胶(Acrylic Acid Glue)、环氧树脂(Epoxy)、聚氧化乙烯(PEO)、聚丙烯腈(PAN) 或聚亚酰胺(PI)等。

电解质系统含浸于活性材料层22、23中，其可为液态、胶态、固态电解液、或是其任意组合的混合电解液；活性材料层22、23与通过中间的隔离层 21予以隔离并构成电化学系统201，通过其活性材料成份可将化学能转成电能使用(供电)或将电能转换成化学能储存于系统之中(充电)，而能同时达成离子的导通与迁移，而所产生的电子则可直接由集电层24、25向外导出。而集电层24、25的材料常见者为铜以及铝，当然也可是其他镍、锡、银、金等金属或金属合金。

框胶26的材质可为环氧树脂、聚乙烯、聚丙烯、聚氨酯、热塑性聚亚胺、硅氧树脂、压克力树脂、硅胶或紫外线硬化胶，其设置于两个集电层24、25 的周缘，并圈绕封围于电化学系统201(活性材料层22、23与中间的隔离层21)，同时用以黏着两个集电层24、25并将电解质系统封装于两个集电层24、25之间而不会外漏、且不与其他电池单元20的电解质系统相互流通；因此，电池单元20是直接采用集电层24、25与框胶26作为封装结构所形成的独立且完整供电的模块。

而为了使框胶26的封装效果更佳，当采用为硅胶材质时，可设计框胶26 具有三层的结构，请参阅图2B，上下两层为改质硅胶层261、262而中间为硅胶层263，两侧的改质硅胶层261、262为硅胶通过调整加成型硅胶与缩合型硅胶的组成比例、或是添加添加物来予以改质，使其适合黏接异质性的材料(也就是集电层24、25与中间的硅胶层263)，由此设计则可使其接口间的接着力提高，同时，使得整体外观的完整性更高，生产良率亦提高。

因此，可通过前述的电池单元20进行堆栈成电池芯40后，再利用金属壳 30来进行封装(见图1A)，根据堆栈组合的方式，可分为串联、并联与串并联混合型态，首先，请参阅图3A，多个电池单元20为同方向进行堆栈，换句话说，相同极性的集电层24皆朝上设置，使得下方的集电层25会与相邻的电池单元20的集电层24直接接触，因而依序电性相接而构成串联型态的电池芯 40来进行封装。

接续请参阅图3B，多个电池单元20为反方向进行堆栈，换句话说，相同极性的集电层24、25依序相互接触，再配合极耳或是导电柄等来将相同极性的所有集电层24、25予以连接，而构成并联型态的电池芯40来进行封装。

如为串联、并联混合型态，请参阅图3C，串联并联型态可依据实际使用需求，譬如电容量、电压大小等来加以调整，在此仅配合图式来说明，依据图中显示，电池单元20以三个为一组先进行并联，并联方式与前述图3相同，然后再通过三个并联的组来进行串联，相同地，串联方式与前述图2态样相同，因而能构成串联、并联的混合型态。

因此，可根据需求来选择所需要连接的型态(串联、并联或是串并联混合)与数量，在此仅配合图式予以举例说明，请参阅图4A、图4B，金属壳30 可包含有金属上盖31、金属下盖32、以及绝缘片33，通过金属上盖31以及金属下盖32将前述电池芯40包覆于其内，再利用绝缘片33予以隔离，使得金属上盖31以及金属下盖32电性绝缘，防止金属上盖31以及金属下盖32因接触而短路。在此需特别说明，金属壳30的型态并不限定为图中所绘示型态，再者，绝缘片33可采用为硅胶材质，除了绝缘外，还能进一步达到阻水的效果。

再者本实用新型的电池单元20为完整且独立的模块，使得电池单元20外 (与金属壳30之间)无需充填电解液或其他有机溶剂，再加上本实用新型的电池单元20最外侧即为集电层24、25，因此能直接与金属壳30(金属上盖31以及金属下盖32)直接接触来构成电性连接，来将电力导引向外输出。因此，能将电池芯40的电流路径最大化，省去现有技术需要额外连接或拉线所衍生的问题。

接续请参照图4A、图4B，每一电池单元20上皆具有监控端子50，一般来说监控端子50与电池单元20电性连接，以进行电力状况监控，同时金属壳30 内所设置的电路板模块34，监控端子50与电路板模块34电性连接，而能够将侦测与监控的信号传递至电路板模块，再通过装设于金属壳30上的监控总埠 35，监控总端口35与电路板模块34电性连接，而能接受其所取得的针对每一个电池单元20的侦测与监控信号，来向外输出，提供系统性的监控，因而能对每一电池单元20进行电性监控，以避免电池过充过放而提升安全性。再者为了保护电路板模块34、监控总埠35，金属壳30一侧可还具有支撑侧板36来提供额外的支撑性，以支撑电路板模块34、监控总埠35。

再者，金属壳30上可还具有止逆阀37，其连通于金属壳30内部，而可进行抽真空以隔绝氧气与水气，同时也可于金属壳30内，也就是金属壳30与电池芯40之间充填有散热剂或阻燃剂，来提升散热效率以维持电池性能，并能提升电池装置的安全性。

综上所述，本实用新型提出一种具有独立监控的金属壳式电池装置，利用独立且完整模块的电池单元来进行串联、并联或是串并联混合予以构成电池芯，并利用金属壳进行封装，电池芯直接以最外侧的集电层与金属壳进行接触而构成电性连接，直接作为此电池模块的总电极(正极与负极)，因而能达到电流路径最大化的目的。再者，金属壳内部具有电路板模块，配合每一电池单元设置有与电路板模块电性连接的监控端子，而可针对每一电池单元进行电性监控，以避免电池过充过放而提升安全性。

以上所述，仅为本实用新型的较佳实施例而已，并非用来限定本实用新型实施的范围。故即凡依本实用新型权利要求所述的特征及精神所为的均等变化或修饰，均应包括于本实用新型的申请专利保护范围内。

Claims (10)

1.一种具有独立监控的金属壳式电池装置，其特征在于，该具有独立监控的金属壳式电池装置包含有：

一电池芯，通过多个电池单元相互堆栈形成串联、并联、或是串联并联混合的型态所构成，每一该电池单元包含有：

两个集电层，相互平行设置；

一电化学系统，设置于该两个集电层之间，该电化学系统包含有:

两个活性材料层，分别设置并接触于该两个集电层；以及

一隔离层，设置于该两个活性材料层之间；

一框胶，设置于该两个集电层之间且圈绕于该电化学系统周围；

一金属壳，可以将该电池芯封装于其内，且该电池芯直接接触于该金属壳构成电性连接；

一电路板模块，设置于该金属壳内，且邻近于该电池芯；以及

多个监控端子，设置于该电池芯的该些电池单元，并与该电路板模块构成电性连接，而能将监控状态传输至该电路板模块。

2.根据权利要求1所述的具有独立监控的金属壳式电池装置，其特征在于，该些活性材料层含浸一电解质系统，该电解质系统为胶态、液态、固态电解液或其组合。

3.根据权利要求2所述的具有独立监控的金属壳式电池装置，其特征在于，该些电化学系统的该电解质系统相互不流通，且相邻的该些电化学系统仅具有电荷转移而无进行电化学反应。

4.根据权利要求1所述的具有独立监控的金属壳式电池装置，其特征在于，该些电池单元以不同极性的该集电层相互接触来构成串联。

5.根据权利要求1所述的具有独立监控的金属壳式电池装置，其特征在于，该些电池单元以相同极性的该集电层相互接触连接来构成并联。

6.根据权利要求1所述的具有独立监控的金属壳式电池装置，其特征在于，该框胶包含有一硅胶层以及该硅胶层两侧的两个改质硅胶层。

7.根据权利要求1所述的具有独立监控的金属壳式电池装置，其特征在于，该金属壳内充填有一散热剂或一阻燃剂。

8.根据权利要求1所述的具有独立监控的金属壳式电池装置，其特征在于，该金属壳包含有一金属上盖、一金属下盖、以及一绝缘片。

9.根据权利要求1所述的具有独立监控的金属壳式电池装置，其特征在于，还包含有一监控总埠，该监控总埠电性连接于该电路板模块。

10.根据权利要求1所述的具有独立监控的金属壳式电池装置，其特征在于，还包含有一支撑侧板。

Images