TWI295863B - Battery cartridge for novel structure and open type battery module containing the same - Google Patents

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TWI295863B
TWI295863B TW94139733A TW94139733A TWI295863B TW I295863 B TWI295863 B TW I295863B TW 94139733 A TW94139733 A TW 94139733A TW 94139733 A TW94139733 A TW 94139733A TW I295863 B TWI295863 B TW I295863B
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Junill Yoon
Jong-Yul Ro
John E Namgoong
Do-Yang Jung
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Lg Chemical Ltd
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Description

1295863 \ - 九、發明說明： 【發明所屬之技術領域】 本發明為關於一種具有創新結構之電池匣，以及包含 該電池匣的一種開放式電池模組，尤指一種電池匣，其包 含兩個外框構件，及置於該等外框構件之間的一内框構 件，其中一或多個電池單元裝設於該等外框及内框構件之 : 間，且該内框構件具有通孔，以及包含該電池匣之開放式 - 電池模組。 【先前技術】 近年來，可以放電及充電的二次電池已被廣泛地做為 無線行動裝置的能源。同時，該二次電池因為做為電動車 及複合式電動車之能源而引起相當的重視，其已被開發出 來解決像是由於既有之使用石油的汽油及柴油車輛所造成 之空氣污染的問題。 Φ 小尺寸的行動裝置使用一或多個電池單元，例如每個 裝置有三或四個電池單元。相反地，中型或大型裝置（例如 車輛）使用一中型或大型電池系統，其中包含彼此電路連接 之複數個電池單元，因為其需要一高輸出及大容量的電池。 因為該中型或大型電池系統之電池單元廣泛地被使 用，一袋形二次電池，其通常包裝在由一鋁及聚合物樹脂 所構成的疊層板製成的電池殼當中，因此該袋形二次電池 之機械強度並不高。因此，複數個電池單元安裝在一電池 匣中，其中該等電池單元即串聯或並聯連接，且複數電池 1295863 \ 匣彼此電路連接構成一電池模組。 廣泛用於複合式電動車之電池模組具有一封閉的結 構，其中電解質不會由每個電池單元（二次電池）中漏出。 也就是說，該密閉形式的電池模組之好處在於防止電解質 之洩漏。但是，該封閉型電池模組之問題在於電池單元中 所產生的熱量會累積，且該累積的熱量會加速電池之劣 ： 化，且小量或大量的電池單元在當其異常運作時會過熱， ， 因此該等電池單元會著火或爆炸。鋰離子二次電池或鋰離 子聚合物二次電池，其在當該二次電池充電及放電時會產 生熱量，其已經引起對於電池單元的可能用途更多的注 意。當這些熱量持續地累積在該電池單元中時，即會加速 該電池單元之劣化，另外該電池單元會著火或爆炸。 因此，其有需要提供一種中型或大型的電池系統，其 能夠穩定地安裝具有低機械強度之電池單元，有效地自該 等電池單元中移除熱量，並在當其異常運作時防止該等電 Φ 池單元之過熱現象，藉此可以改善該等電池單元之壽命及 安全性。 【發明内容】 因此本發明的目的在於實質地減輕上述習用技術中的 問題，以及過去所遭遇到的技術問題。 本發明第一目的在於提供一種電池匣，其具有較高的 結構整合性及機械強度，藉此可最小化一電池系統之尺 寸，穩定地裝置具有低機械強度之電池單元，有效地移除 1295863 來自該等電池單元之熱量，並防 本菸明筮-口 令也池早兀過熱。 電池E :”；等供一電池模組，其中包括複數 八中忒4電池匣安裝在該電池模袓 整合性及機械強度，並可達到有效的執量移=南的 池模組可以用於—高輸出、大容量⑽系統Γ該電 ϋ來=本:二士述及其它的目的可由所提供的-電池 ι單元，及〇卜框構件(a，b)，用於收納電池 1其中該等兩也⑷’其置於該等外框構件(a，b)之間， 框構件(0之間，复它帝、m〇卜忙構件⑷與該内 與該内框構件(c二早广以在該第二外框構件(b) 其可連通到::)之 構件之間。 早兀係裝設於該外框與内框
根據本發明’該第一外框構件⑷、該第一電池單元、 “内框構件（C)、該第二電池單元、及哕第—夕M » ^此^’且依序地堆疊在另—個之上。因此，該等電池 之機械強度低’其可穩固地裝設在該電池E中。再者， 具有上述結構的電池E可以用高整合性來堆疊於另一個之 上，因此該電池系統之尺寸可以最小化。 上:說明書中，一「罐」代表一長方形形狀之格 2狀4 ’其對應於每個電池單元，並在其中定義有一中 空部份。 當該等電池單元裝設在該外框構件(a,b)與該内框構件 C之搞合的結構中時，該等電池單元之間的空隙透過在該 1295863 ^匡構件⑷中形成的通孔而連通到外界。 =幾乎整個表面透過該外框構份 到外界。因此’藉由提供該内框構件之通孔:二：路 件之中空部份，即可有效地達到自 釋放卜框構 根據此狀況，該内框槿W、〜 早70釋放熱！。 供有溝槽，且料魏料料或下端處提 (C)係耗合於該外框構件(a，b) 4，而該内框構件 在本說明書中，該「、畜 _成的外部空氣通道，二;透過該内框構件 構件(a，所形成的外部空^通内^構件⑷耦合於該外框 _牛(二2體:=二:外=:(a，_或該内 (a，b)及/或該内框構件⑹“二跨了在該外框構件 定地支撐該等電池單元。 疋義的中空部份而可更加穩 Γ:;—間裝設的電 的電池單元之數目:去牡（b)與該内框構件(C)之間裝置 裝設在個別框構件 寸f限制。一或多個電池單元可以 構件⑷之間裝設的電二單^該外框構件(a或b)與該内框 池單元即配置成肩併肩在 目為兩個或以上時，該等電 的熱量釋放。同時，::起’而非堆疊，藉以達到有效 框構件(a或b)與該内^構^更多的士電池單元裝設在該外 定地支料等電池單元，g "之間時，該等切棒形成穩 框構件處，使得該:可形成在該外框構件及/或該内 按棒配置在該等相鄰的電池單元之 1295863 ' 螓 間 堆疊複數電池E 池E中時，可以連續地 義有封_空門n，，，於轉堆®的電池E之間定 該等電池單元=的空間係由相鄰的外框構件與 b)在其外。因、此，佳的是該等外框構件(a， (a，b)以—堆;溝槽’其在當該等外框構件 時，即形成空W，藉以達之外框構件 等電外框，_二:::)^ 區域處1 “ 等外框構件(a，b)與該内框構件⑷之轉合 該等框構件之間的耦合並未特別 等框構件之間_合可藉由螺检 ^。牛例而言，該 黏結、或公母螺㈣合方式達成。、趣、鉚接、焊接、 同蚪，該等框構件之材料並未 可由多種材料製成，例如塑膠樹月旨=限制。該等框構件 ^冓件由金屬製成，其必須電路絶緣二屬:然而如果該等 路的部份。 於该等電極引線之暴 襄設於該電池£中的該等 曼的電池。較佳的是，長方形，早元為可以充電及 芯電池單元，並可用高積集度(高二 =電池皆可做為 勺疋’該等袋形電池做為該等電地來累積電力。更 10 1295863 筹 母個該等電池置― 及裝設於-密封電池外殼= 一陰極、一隔離膜、 具有-膠狀捲式的結構；心在每個該等電池單元 極之間包含一微小多孔 i有在-溥膜型陽極與陰 式結構’其中陽極/隔離;極:::極組件’或是一堆疊 地堆疊在另—個之上。:之元土電池或雙電池係依序 料並未有特別 =加於該陽極與該陰極上的活性材 丨安全性之鐘鎂為主之是’、該陽極活性材料由具有高 構成。該較佳的電池單，成’而该陰極活性材料由石炭 物電池。 ’、、、—鋰離子電池或一鋰離子聚合 同時，本發明提供—種 路連接的複數電池匣。 *、、且其中包括有彼此電 特別是根據本發明之電 包括如上述的兩個或更多之電池、匕一匿組件，其中 —開放的前端部份，及-内^空】，’—念形外殼，其具有 組件，該外殼係提供在農 a用於插入及裝設該匣 ”中至少一處，並具有複數狹縫；，右側及後方 放兩方部份的一前板。 附者於该外殼之開 該等電池匣係堆疊在另—個之 係裝設在該外殼之内部空間中铁°亥荨堆疊的電池匣 該外殼的開放前方部份。，然後該前板係固定附著於 叫此，由該箸略、 熱量即可有效地透過自該外嗖中、j免池單元所產生的 的外部空氣來有效地自該督的狹縫而引入到該外殼中 兒池模組排除。 於该專電池£之間的電 僚』μ在該等匣裝設於該 1295863 \ - 外殼中之前或之後來進行。舉例而言，該匯流排棒係位在 該前板之後方表面與該等電池匣之間，而該等電池E係裝 設在該外殼中，然後執行一焊接程序以完成該等電池匣之 間的電路連接。 較佳的是，該電池模組另包含：一電池管理系統 (BMS)，其中包括用於維持該等電池單元之間電位差在一 : 適當位準的電路，並可防止該等電池單元之過度充電及/或 過度放電，及一印刷電路板(PCB)，其包括一電路來量測該 等電池單元之電壓及溫度。在一較佳具體實施例中，該BMS 係裝設在該外殼的侧面處，且該PCB係裝設在該前板之後 方表面處。 同時，複數電池模組可以彼此電路連接，以製造一高 輸出、大容量電池系統（或電池組）。較佳的是，該電池系 統可包括額外的麵合構件，用以有效地耦合該等電池模組。 根據本發明之電池系統可做為一高輸出、大容量電池 φ 系統。舉例而言，該電池系統可做為電動車及複合式電動 車之電池系統，較佳的是用於複合式電動車。 【實施方式】 現在本發明一較佳具體實施例將參考隨附圖面來詳細 說明。但是請注意到本發明之範圍並不受限於所示的具體 實施例。 第1圖所示為根據本發明一較佳具體實施例之外框構 件100的透視圖，第2圖所示為根據本發明一較佳具體實
12 1295863 施例之内框構件的透視圖，而第3 1圖所示之一對外框構件與第2圖所示之—衣叹在如第 的兩個電池單元之透視圖。 内框構件之間 請先參見第1圖，該外框構件1〇〇包括— 其中定義有一中空部份120，及附著於讀参長方框110， 撐棒130，而橫跨該中空部份12〇。例如，二^框110之支 (圖未示）係置於該框110上，而該電池單元=形電池單元 |於該框110之内侧部份14〇處。 之&緣部份係置 請參考第2圖，該内框構件200包括— 其中定義有一中空部份220,及附著於讀長長王方框210， 撐棒230，其橫跨於該中空部份220。在讀框2杞210之支 (即一左框部份211)，及該框21〇之右侧處£ 2二之左側處 212)，即形成複數個通孔240。於該框2l〇 <卩^框部份 上框部份213)即形成兩個凹陷25〇，其中 ^端處（即― (圖未示）。 ^大出有電極引線 ::發明’一對外框構件(見第1圖)係相對於彼此 -，=、，-内框構件（見第2圖）係置於該等外框構件之 系裝設於該内框構件與該外框構件之間，然 旻Mj框構件係彼此固接來耦合製造一電池匣。 第3圖所示為根據本發明一較位具體實施例而如上述 厅衣造的一電池匣300 〇 咏明芩考第3圖，該電池匣3〇〇具有一種結構，其中一 第外框構件1〇〇及一第二外框構件1〇1彼此轉合，而一 内框構件置於該第一與第二外框構件1〇〇, ι〇ι之間，使得 ,1295863 電池單元400係裝設於該等框構件之間。一電池單元係裝 設於該第一外框構件100與該内框構件200之間，而另一 個電池單元係裝設於該内框構件200與該第二外框構件 101之間。因此，兩個電池單元係裝設在該電池匣300中。 但是如上所述，裝設於該第一外框構件100與該内框構件 200之間的電池單元數目可以為兩個或更多。類似地，裝 * 設於該第二外框構件101與該内框構件200之間的電池單 元數目可以為兩個或更多。 裝設於該第一外框構件100與該内框構件200之間的 該第一電池單元400具有一陽極引線410及一陰極引線 420，其係暴露於該電池匣300之上端處。裝設於該第二外 框構件101與該内框構件200之間的第二電池單元（圖未示） 具有一陽極引線411及一陰極引線421，其亦暴露在該電 池匣300之上端處。該第一電池單元400之陽極引線410 係連接到該第二電池單元之陽極引線421，而該第一電池 φ 單元400之陽極引線420係連接到另一個電池匣A之一電 池單元的陽極引線，其將會堆疊在該電池匣300上，藉此 該等電池單元係彼此串聯連接。依照相同方式，該第二電 _ 池單元之陽極引線411係連接到又另一個電池匣B之電池 單元的一陰極引線，其亦堆疊在該電池匣A之上。 第4圖所示為該外框構件100，101與該内框構件200 之間的耦合之部份放大圖。 請參考第4圖，藉由該等外框構件100, 101與該内框 構件200之間的耦合之該等電池單元400之間定義的該空 14 ;1295863 間係透過該等通孔240連結到外部。因此，外部的冷卻* 氣，其透過該等通孔240引入到該電池匣中，其可有效地 移除自該等電池單元400產生的熱量，然後透過該等通孔 240排出到外界。同時，該等電池單元400之外部表面係 透過該等外框構件之中空部份120(參見第1圖）暴露出來， 因此可以有效地遠到熱量移除。 : 當複數電池戽300堆疊在另一個之上來製造一電池模 組時，在該堆疊的電池匣300之間定義的空間為封閉，因 此由該等電池單元400所產生的熱量會在該電池模組中累 積。為此原因，複數溝槽15〇，151即形成在該外框構件 100，101之外部表面處，因此在該堆疊的電池匣300之間 定義的空間即可速通於外界。 第5圖所示為根據本發明一較佳具體實施例之電池模 組500之透視圖。第6圖所示為該電池模組500之外殼600 的透視圖，而第7圖所示為該電池模組500之一前板700 •的透視圖。 請先參考第6圖’該外殼600包括一開放的前方部份 610，及一内部空間620，用以收納複數電池匣300(參見第 3圖）。該外殼600大致上形成為一方盒的形狀。該外殼600 在其上端630及該下端640處提供複數狹縫600，其連通 於該内部空間620。根據這種狀況，該等狹縫600亦可形 成在該外殼600之後方部份處（圖未示）。於該外殼600之 侧方部份650處係裝設有一電池管理系統(BMS)，其並未 示出。 15 1295863 請參見第7圖’該前板之尺寸對應於該外殼_ 之開放的前方部份610(參見第6圖），使得該前板 700可以 附著於該外殼600之開放的前方部份61〇。該前板7〇〇大 致形成為一平板的形狀。在該前板7〇〇之後方表面附著有 匯流排棒（未示出）’用於構成該等電池單元4〇〇之間的電 路連接（參見第3圖卜及/或該等電池匡細之間的電路連 :接（參見第4圖）。通過該前板700形成有複數開口 71〇，其 :•中通過有該等匯流排棒’其附著於該前板7〇〇之後方表 面。该岫板700之後方表面亦附著有一印刷電路板(PCB)， 並未示出。該PCB包括一電路，用於量測該等電池單元4〇〇 之間的電位差及/或該等電池單元400之溫度。 请餐見第5圖，該前板7〇〇係附著於該外殼6〇〇，而 複數電池匣（圖未示）係裝設在該外殼6〇〇之内部空間62〇 中，且一 BMS蓋子800附著於該外殼6〇〇，而該BMS裝 設在該外殼600上，藉此完成該電池模組5〇〇。該匯流排 •棒720部份透過該前板700之開口 710暴露出來。較佳的 是，該BMS蓋子800係由一金屬板製成，用以保護該BMS 防止外部的電磁波及物理衝擊力。 ， 如第5圖所示的複數電池模組500係連續地堆疊，而 , 該等電池模組5〇〇係電氣性彼此連接，用以製造一高輪 出、大容量電池組（圖未示）。此電池組非常適合做為電動 車之電源，特別是複合式電動車。 雖然本發明的較佳具體實施例係為了例示的目的而揭 不，本技術專業人士將可瞭解在不背離如所附申請專利範 16 1295863 圍中所揭示的本發明之範圍與精神之下可進行許多修正、 增加與取代。 產業應用性 由以上的說明可以瞭解到，該電池匣及包括該電池匣 之該電池模組具有高結構整合性及機械強度。因此，本發 明可以達到最小化一電池系統之尺寸的效果，穩定地裝設 ： 具有低機械強度之電池單元，並有效地移除來自該等電池 單元之熱量。 本發明在上文中已以較佳實施例揭露，然熟悉本項技 術者應理解的是，該實施例僅用於描繪本發明，而不應解 讀為限制本發明之範圍。應注意的是，舉凡與該實施例等 效之變化與置換，均應設為涵蓋於本發明之範疇内。因此 本發明之保護範圍當以下文之申請專利範圍所界定者為 準。 Φ 【圖式簡單說明】 對於本發明之上述及其它目的、特徵與其它好處將可 由配合參考以下附圖之詳細的說明而更為瞭解，其中： ， 第1圖所示為根據本發明一較佳具體實施例的一外框 構件的透視圖，
V 第2圖所示為根據本發明一較佳具體實施例的一内框 構件的透視圖， 第3圖所示為如第1圖所示之一對外框構件及第2圖 所示之一内框構件之間所裝設的兩個電池單元之透視圖；
17 1295863 \ - 第4圖所示為如第3圖所示之該外框構件與該内框構 件之間的耦合之部份放大圖； 第5圖所示為根據本發明一較佳具體實施例的一電池 模組的透視圖； 第6圖所示為第5圖所示之電池模組的一外殼之透視 圖；及 第7圖所示為第5圖所示之電池模組的一前板之透視 圖。 【主要元件符號說明】 100外框構件 101第二外框構件 110長方框 120中空部份 130支撐棒 140内側部份 150溝槽 151溝槽 200内框構件 210長方框 211左框部份 212右框部份 213上框部份 220中空部份 18 1295863 230支撐棒 240通孔 250凹陷 300電池匣 400電池單元 410陽極引線 411陽極引線 420陰極引線 421陰極引線 500電池模組 600外殼 610開放的前方部份 620内部空間 630上端 640下端 650側方部份 700前板 710 開口 720匯流排棒 800電池管理系統蓋子 19

Claims (1)

  1. 十、申請專利範圍： h -種電池匣，其包含： 一對外框構件(a，， -内框構件(c)，其替’用於收納電池單元，·及 其中 ’、於該等外框構件(a，b)之間 該等電池單元之—“ 該内框構件(e)之間，’、襞設在該第一外框構件（a)與 其它的電池單元係I 内框構件(c)之間，及 ％该第二外框構件(b)與該 該内框構件(c)具有 等電池單元係農設在該數通孔，其連通於外界 ，且該 2. 如申請專利範圍第i項所、+ 匡與内框構件之間。 成為通過該内框構件 1之電池E ’其中該等通孔形 3. 如申請專利部空氣通道。 (c)在其上端及/或該下端二之電池E，其中該内框構件 由該等溝槽形成的外、有溝槽，及該等通孔為 於該外框構件(a，b)。上狀逼，且該内框構件(c)輕合 如申睛專利範園第〗 “)及/或該内框構： 跨了在該外框 空部份’而可更加穩定地(;中::定義的 5.如申請專利範圍第〗賴述之電池Ε，二^，。 :㈣在其外部表面處提供有複數溝槽中= 件(a’ b)以—堆疊的型式連接於該等相鄰電池:之夕; 20 1295863 、、- 框構件時，即形成空氣通道。 6. 如申請專利範圍第1項所述之電池匣，其中該等外框構 件（a，b)及/或該内框構件（c)具有對應於該等電池單元之 電極引線的厚度之凹陷，使得該等電池單元之複數電極 引線暴露於該等外框構件（a，b)與該内框構件（c)的耦合 區域處，且該内框構件(c)係耦合於該等外框構件（a，b) ο 7. 如申請專利範圍第1項所提出的電池匣，其中該等電池 單元係袋形的鋰離子聚合物電池。 8. —種電池模組，包含： 一匣組件，其包括如申請專利範圍第1項所述之兩 個或更多之電池匣； 一盒形外殼，其具有一開放的前方部份及一内部空 間，用以插入及裝設該匣組件，該外殼在其上端、下端、 左側、右侧及後方部份當中至少一處提供有複數狹縫； 及 一前板，其附著於該外殼之開放的前方部份。 9. 如申請專利範圍第8項所述之電池模組，另包含： 一電池管理系統(BMS)，其包括一電路，用以維持 該等電池單元之間的電位差在一適當位準，並防止該等 電池單元之過度充電及/或過度放電，及/或 一印刷電路板(PCB)，其中包括一電路，用以量測 該等單元電池之電壓及溫度。 10. 如申請專利範圍第8項所述之電池模組，其中該BMS 21
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