TWI459612B

TWI459612B - Modular battery

Info

Publication number: TWI459612B
Application number: TW101142480A
Authority: TW
Inventors: Ta Chin Yu
Original assignee: Formosa Plastics Transp Corp
Priority date: 2012-11-14
Filing date: 2012-11-14
Publication date: 2014-11-01
Also published as: TW201419630A

Description

模組化電池

本發明是涉及一種模組化電池。

近年來日益惡化的全球暖化現象及石油危機，迫使人類尋求節能、環保的替代能源，現階段發展高功率鋰電池應用，是目前環保及節能領域，最為重要的一環。

目前市面上的鋰電池，無論是電動汽車、電動機車、手工具、甚至是3C數位產品[如筆電]，其所使用的鋰電池，大多是由多個電池組合、並在加上電池管理系統而所組成。

其中，電池管理系統[Battery Management System；簡稱BMS]，必要的功能有「偵測各電芯狀況」、「控制電流輸出/斷電」兩大功能。

也因為如此，電芯和電池管理系統之間，會有相當數量的電源線、溫度偵測線和電壓偵測線。

所以，增加了組裝的難度與成本，不良率偏高，任何一個接點的錯誤，都會造成功能失效，或電池管理系統、電池損壞的問題。

而在組裝和消費者應用的過程中，更可能會因為電池抖動，造成電線相互磨擦、短路、干涉、斷路，或是連接器鬆動，造成接觸不良而損壞，容易發生各種異常狀態，因此，現有的鋰電池，實有改良的必要。

有鑒於此，如何提供一種組裝的難度與成本低，不良率也低，且電池可靠度高，並能進一步縮短生產工時的電池，便成為本發明欲改進的目的。

本發明目的在於提供一種能大幅度降低不良率、縮短生產工時的模組化電池。

為解決上述問題及達到本發明的目的，本發明的技術手段是這樣實現的，為一種模組化電池，其特徵在於包括：一具有一容置空間(11)的電池殼(1)；一組設於該容置空間(11)內，含有多個一端具有正、負極電芯(211、212)和安全洩壓閥(213)、且以供電端平面排列呈現之蓄電池(21)的蓄電裝置(2)；一設於該容置空間(11)內，位於該蓄電裝置(2)頂側面處，將該蓄電裝置(2)覆蓋，能供監測該各蓄電池(21)電壓、溫度用的監控電路板(3)；一組設於該容置空間(11)內，位於該監控電路板(3)頂側面處，並與該各蓄電池(21)電連接，厚度大於監控電路板(3)之印刷電路厚度，具有一正極輸出端(A)和一負極輸出端(B)的金屬導電層組(4)；一與該正極輸出端(A)連接，一端凸出於該電池殼(1)的正極樁頭(5)；一與該負極輸出端(B)連接，一端凸出於該電池殼(1)的負極樁頭(6)；以及一設於該容置空間(11)內，與該監控電路板(3)電連接的電池管理系統(7)；所述監控電路板(3)，更包含有一當該電池管理系統(7)於該各蓄電池(21)蓄電量過低、而該電池管理系統(7)判斷並停止供電時，重新啟動該電池管理系統(7)、以強迫該各蓄電池(21)繼續供電的重置按鈕(31)；而所述蓄電裝置(2)和監控電路板(3)間，更設有一能遮蓋該安全洩壓閥(213)、以避免該監控電路板(3)被洩漏之電池液侵蝕的遮蓋板(8)。

根據上述的模組化電池，所述電池管理系統(7)，其是為共構設置於該監控電路板(3)上；而所述監控電路板(3)，其是為下列之一：雙層印刷電路板、多層印刷電路板。

根據上述的模組化電池，所述電池管理系統(7)，其是為一設於該監控電路板(3)外的電池管理電路板(71)；前述電池管理電路板(71)，其更是透過下列之一方式，與該監控電路板(3)電連接：通訊插槽(9)、排線(10)；而所述監控電路板(3)，其是為下列之一：雙層印刷電路板、多層印刷電路板。

根據上述的模組化電池，所述金屬導電層組(4)，其是為以下列之一方式，與該蓄電裝置(2)電連接：串聯、並聯、串聯加並聯；而所述金屬導電層組(4)，其包含有一片對應於該正極輸出端(A)、並與該正極樁頭(5)連接的正極金屬導電層(41)；及一片對應於該負極輸出端(B)、並與該負極樁頭(6)連接的負極金屬導電層(42)；所述金屬導電層組(4)，其是為透過串聯的方式，與該蓄電裝置(2)電連接時，更包含有至少一片串聯金屬導電層(43)；所述金屬導電層組(4)，其是為透過並聯的方式，與該蓄電裝置(2)電連接時，更包含有至少一片並聯金屬導電層(44)；所述金屬導電層組(4)，其是為透過串聯加並聯的方式，與該蓄電裝置(2)電連接時，更包含有至少一片串聯金屬導電層(43)和並聯金屬導電層(44)；又所述金屬導電層組(4)，其是為透過螺接的方式，與該各蓄電池(21)電連接。

根據上述的模組化電池，所述負極金屬導電層(42)的輸入端處，更設有數個開關單元(45)，而前述開關單元(45)，其是為下列之一或其混合：Mosfet、繼電器。

根據上述的模組化電池，所述金屬導電層組(4)，其與該各蓄電池(21)的螺接處間，更分別設有一彈簧(46)；而所述金屬導電層組(4)，其是為以下列之一方式，固定於該監控電路板(3)上：卡接、黏貼、蒸鍍、濺鍍；另所述金屬導電層組(4)，其是為以下列之一層組：銅片導電層組、鍍鎳銅導電層組、鍍錫銅導電層組、鍍鎳鐵導電層組、鎳片導電層組。

根據上述的模組化電池，所述監控電路板(3)，更分別設有一端對應於該各蓄電池(21)的一電壓感測電路(32)、一組電源電路(33)、一溫度感測單元；前述溫度感測單元是為以下列之一方式，與監控電路板(3)電連接：共構於監控電路板(3)上、透過訊號線與監控電路板(3)電連接。

根據上述的模組化電池，所述遮蓋板(8)，其底端面處，更設有延伸入該各蓄電池(21)間、以供強化支撐該各蓄電池(21)用的擋板(81)；而所述遮蓋板(8)，其頂端面處，對應於該各蓄電池(21)的正、負極電芯(211、212)處，更設有防呆用的極性標示圖(82)；另所述正、負極電芯(211、212)的頂端面處，更設有能供辨識極性用的極性標示部(214)，而該正極電芯(211)，其表面更塗佈有一能供辨識極性用的極性標示塗層(215)。

根據上述的模組化電池，所述電池殼(1)的頂端面處，更樞設有一能於垂直於該電池殼(1)表面、和貼平於該電池殼(1)表面之狀態間切換、呈T字形的提把(20)；前述提把(20)樞接處的兩端，分別各設有一卡接於該電池殼(1)之頂端表面處的樞接卡塊(30)；另前述提把(20)的樞接處，更設有能與前述各樞接卡塊 (30)配合、偏離於該提把(20)軸線、能於該提把(20)垂直於該電池殼(1)表面時、迫使該提把(20)自動轉為貼平於該電池殼(1)表面之狀態的一軸桿(40)。

根據上述的模組化電池，所述提把(20)，其鄰近於該電池殼(1)的一側面處，更設有一第一配合部(201)；而所述電池殼(1)，其對應於該第一配合部(201)處，更設有一能與該第一配合部(201)配合、以避免因水而發生短路問題的第二配合部(12)；另前述第一配合部(201)，其是為下列之一結構：凸條、凹槽；又前述第二配合部(12)，其是為以下列之一結構、以對應於前述第一配合部(201)：凸條、凹槽。

1.傳統鋰電池的整體成本中，電池成本佔整體成本的74%，而組裝成本佔整體成本的26%，其中電池成本為難以降低的部分，唯有組裝成本是能被人為所控制的，而透過本發明中監控電路板(3)、金屬導電層組(4)及電池管理系統(7)的配合，不僅將鋰電池中的線材部分，通通免除，更將諸多訊號偵測線整合於監控電路板(3)上，將組裝成本降低，更有效的解決產品可靠度的問題，而且，金屬導電層組(4)的應用，更有效的解決，印刷電路板無法耐大電流連續之放電的問題，讓本發明具體產業應用性。

2.本發明中，透過重置按鈕(31)的應用，當消費者有急用，想要獲得電力時，能應用重置按鈕(31)，強迫該電池管理系統(7)重新啟動，在不考慮各蓄電池(21)的使用壽命之前提下，將各蓄電池(21)所預留的電力，完全釋放出來，以供消費者使用。

3.本發明中，透過遮蓋板(8)的使用，有效的避免洩漏之電池液，侵蝕到監控電路板(3)，以延長本發明的使用壽命，降低整體的故障率。

4.本發明中，根據電池應用種類的區別，如：動力電池、或是啟動電池、或是3C產品用電池，依據監控電路板(3)的大小，能將電池管理系統(7)與監控電路板(3)共構設置，或是直接將電池管理系統(7)設置於監控電路板(3)外，方便業者應用，有效的擴展本發明的應用範圍。

5.本發明中，利用極性標示圖(82)、極性標示部(214)、及極性標示塗層(215)的配合，一舉解決，組裝時極性容易裝設錯誤的問題，有些的降低組裝不良率。

以下依據圖面所示的實施例詳細說明如後：如圖1所示為本發明的立體示意圖，如圖2所示為本發明的分解示意圖，如圖3所示為圖2的部分分解示意圖，如圖4所示為本發明的I-I剖面示意圖，如圖5所示為本發明配合另種金屬導電層組時的分解示意圖，如圖10所示為本發明應用重置按鈕時的立體實施示意圖，如圖11所示為本發明另種實施例的立體示意圖，如圖12所示為本發明另種實施例的分解示意圖，如圖13所示為圖12的部分分解示意圖，如圖14所示為本發明另種實施例的Ⅲ-Ⅲ剖面示意圖，如圖15所示為本發明另種實施例配合以另種方式連接電池管理系統時的分解示意圖。

圖式中揭示出，為一種模組化電池，其特徵在於包括：一具有一容置空間(11)的電池殼(1)；一組設於該容置空間(11)內，含有多個一端具有正、負極電芯(211、212)和安全洩壓閥(213)、且以供電端平面排列呈現之蓄電池(21)的蓄電裝置(2)；一設於該容置空間(11)內，位於該蓄電裝置(2)頂側面處，將該蓄電裝置(2)覆蓋，能供監測該各蓄電池(21)電壓、溫度用的監控電路板(3)；一組設於該容置空間(11)內，位於該監控電路板(3)頂側面處，並與該各蓄電池(21)電連接，厚度大於監控電路板(3)之印刷電路厚度，具有一正極輸出端(A)和一負極輸出端(B)的金屬導電層組(4)；一與該正極輸出端(A)連接，一端凸出於該電池殼(1)的正極樁頭(5)；一與該負極輸出端(B)連接，一端凸出於該電池殼(1)的負極樁頭(6)；以及一設於該容置空間(11)內，與該監控電路板(3)電連接的電池管理系統(7)；所述監控電路板(3)，更包含有一當該電池管理系統(7)於該各蓄電池(21)蓄電量過低、而該電池管理系統(7)判斷並停止供電時，重新啟動該電池管理系統(7)、以強迫該各蓄電池(21)繼續供電的重置按鈕(31)；而所述蓄電裝置(2)和監控電路板(3)間，更設有一能遮蓋該安全洩壓閥(213)、以避免該監控電路板(3)被洩漏之電池液侵蝕的遮蓋板(8)。

其中，透過本發明中監控電路板(3)、金屬導電層組(4)及電池管理系統(7)的配合，免除線材部分的干擾及成本，將組裝成本降低，有效的解決產品可靠度的問題。

其次，透過金屬導電層組(4)的使用，解決印刷電路板無法耐大電流連續之放電的問題，讓本發明具體產業應用性。

再者，重置按鈕(31)的應用，讓本發明具備急難應用的功能，在消費者有急用時，不會因為電池保護的機制，而無法獲得電力，在不考慮各蓄電池(21)的使用壽命之前提下，將各蓄電池(21)所預留的電力，完全釋放出來，以供消費者使用。

另一方面，一般為了安全起見，蓄電池(21)配備有安全洩壓閥(213)，能舒緩蓄電池(21)的內部壓力，避免發生爆炸的意外，但洩漏之電池液，難免會侵蝕到電路板，讓使用壽命縮短，因此本發明為了安全與使用壽命的考量，透過遮蓋板(8)的使用，將洩漏之電池液擋住，以避免侵蝕到監控電路板(3)，好延長本發明的使用壽命，同時降低整體的故障率。

上述中，所述電池管理系統(7)，其是為共構設置於該監控電路板(3)上。

其中，當監控電路板(3)夠大，不用擔心磁波干擾、或是電流耐性不足的問題時，便能將電池管理系統(7)和監控電路板(3)共構設置，以縮減使用空間，讓本發明更加的模組化，同時讓生產組裝的耗時與成本能更低。

上述中，所述電池管理系統(7)，其是為一設於該監控電路板(3)外的電池管理電路板(71)；前述電池管理電路板(71)，其更是透過下列之一方式，與該監控電路板(3)電連接：通訊插槽(9)、排線(10)。

其中，當電池殼(1)的容置空間(11)過小時，監控電路板(3)勢必也會變小，容易發生磁波干擾、或是電流耐性不足的問題，因此電池管理系統(7)便無法共構設置於監控電路板(3)上，所以就要透過電池管理電路板(71)的設置方式，在不影響整體功能的前提下，將部分功能外移。

其次，透過通訊插槽(9)或是排線(10)不同的連接方式，讓業者能自行選用對恰當的連接方法，以獲得最佳的應用。

上述中，所述監控電路板(3)，其是為下列之一：雙層印刷電路板、多層印刷電路板

其中，針對不同的電路應用需求，印刷電路長度會有所不同，因此，應對於不同需求，便要使用不同的印刷電路板，讓監控電路板(3)能正常的運作。

上述中，所述金屬導電層組(4)，其是為以下列之一方式，與該蓄電裝置(2)電連接：串聯、並聯、串聯加並聯；而所述金屬導電層組(4)，其包含有一片對應於該正極輸出端(A)、並與該正極樁頭(5)連接的正極金屬導電層(41)；及一片對應於該負極輸出端(B)、並與該負極樁頭(6)連接的負極金屬導電層(42)；所述金屬導電層組(4)，其是為透過串聯的方式，與該蓄電裝置(2)電連接時，更包含有至少一片串聯金屬導電層(43)；所述金屬導電層組(4)，其是為透過並聯的方式，與該蓄電裝置(2)電連接時，更包含有至少一片並聯金屬導電層(44)；所述金屬導電層組(4)，其是為透過串聯加並聯的方式，與該蓄電裝置(2)電連接時，更包含有至少一片串聯金屬導電層(43)和並聯金屬導電層(44)；又所述金屬導電層組(4)，其是為透過螺接的方式，與該各蓄電池(21)電連接。

又上述中，所述負極金屬導電層(42)的輸入端處，更設有數個開關單元(45)，而前述開關單元(45)，其是為下列之一或其混合：Mosfet、繼電器。

其中，應對不同的電池需要，靈活的調整金屬導電層組(4)，讓業者能自由的選配使用。

其次，利用螺接的方式，讓金屬導電層組(4)能穩定的配合各蓄電池(21)。

再者，透過開關單元(45)的使用，讓電池管理系統(7)利用開關單元(45)，來控制供電與否，使本發明能正常的運作。

如圖6所示為本發明以並聯實施時的分解示意圖。圖式中揭示出，所述金屬導電層組(4)，其是為以並聯的方式、與該蓄電裝置(2)電連接。

其中，金屬導電層組(4)不只能應用於串聯，因為耐電流的特性，更能安全的應用於並聯結構的電池上，有利於本發明擴展應用範圍。

上述中，所述金屬導電層組(4)，其與該各蓄電池(21)的螺接處間，更分別設有一彈簧(46)；而所述金屬導電層組(4)，其是為以下列之一方式，固定於該監控電路板(3)上：卡接、黏貼、蒸鍍、濺鍍；另所述金屬導電層組(4)，其是為以下列之一層組：銅片導電層組、鍍鎳銅導電層組、鍍錫銅導電層組、鍍鎳鐵導電層組、鎳片導電層組。

其中，透過彈簧(46)的增設，讓正、負極電芯(211、212)和金屬導電層組(4)的螺接處，更不容易因為震動而鬆脫，安全性更高。

其次，針對不同的監控電路板(3)設計，使用不同的金屬導電層組(4)固定方式，讓監控電路板(3)能承受更大的電流。

再者，受到應用範圍的影響，電力要求不同，所以就會有不同的金屬導電層組(4)應用需求，必須要依據需要來進行變動，如動力電池和啟動電池的金屬導電層組(4)，較優的選擇就是銅片導電層組、而3C電池的金屬導電層組(4)，較優的選擇就是鍍鎳銅導電層組、或是鍍錫銅導電層組、或是鍍鎳鐵導電層組、或是鎳片導電層。

上述中，所述監控電路板(3)，更分別設有一端對應於該各蓄電池(21)的一電壓感測電路(32)、一組電源電路(33)、一溫度感測單元[圖中未揭示]；前述溫度感測單元是為以下列之一方式，與監控電路板(3)電連接：共構於監控電路板(3)上、透過訊號線與監控電路板(3)電連接。

其中，利用印刷電路來取代傳統訊號偵測線，進而避免電線彼此交纏，造成短路、斷路等問題。

其次，將電壓感測電路(32)及電源電路(33)設置於監控電路板(3)上，更降低了監控電路板(3)的安裝難度，提昇整體的良率，同時提高了本發明的維護方便度。

再者，溫度感測單元依據需求，能以不同的方式安裝，相對於傳統鋰電池，應用彈性更大。

上述中，所述遮蓋板(8)，其底端面處，更設有延伸入該各蓄電池(21)間、以供強化支撐該各蓄電池(21)用的擋板(81)；

而所述遮蓋板(8)，其頂端面處，對應於該各蓄電池(21)的正、負極電芯(211、212)處，更設有防呆用的極性標示圖(82)；

另所述正、負極電芯(211、212)的頂端面處，更設有能供辨識極性用的極性標示部(214)，而該正極電芯(211)，其表面更塗佈有一能供辨識極性用的極性標示塗層(215)。

其中，透過擋板(81)的使用，讓各蓄電池(21)之間，不會因為震動，而產生碰撞，更加的穩定。

其次，透過極性標示圖(82)、極性標示部(214)、及極性標示塗層(215)的配合，讓本發明在組裝時，因極性裝錯、造成電池或是電路板損壞的狀況，降至最低，有效的維護產品的品質。

如圖7所示為本發明提把應用時的Ⅱ-Ⅱ剖面實施示意圖，如圖8所示為本發明提把與第二配合部配合應用時的立體剖面示意圖，如圖9所示為本發明配合另種提把、第二配合部應用時的立體實施示意圖。

圖式中揭示出，所述電池殼(1)的頂端面處，更樞設有一能於垂直於該電池殼(1)表面、和貼平於該電池殼(1)表面之狀態間切換、呈T字形的提把(20)；前述提把(20)樞接處的兩端，分別各設有一卡接於該電池殼(1)之頂端表面處的樞接卡塊(30)；另前述提把(20)的樞接處，更設有能與前述各樞接卡塊(30)配合、偏離於該提把(20)軸線、能於該提把(20)垂直於該電池殼(1)表面時、迫使該提把(20)自動轉為貼平於該電池殼(1) 表面之狀態的一軸桿(40)。

其中，透過此種提把(20)的設置方式，讓提把(20)無法長時間的直立，能自動的回到原位，避免消費者使用完提把(20)後，忘記將提把(20)回歸原位，而造成頂到遮蔽物的問題發生，讓消費者能更安心、自在的使用本發明。

上述中，所述提把(20)，其鄰近於該電池殼(1)的一側面處，更設有一第一配合部(201)；而所述電池殼(1)，其對應於該第一配合部(201)處，更設有一能與該第一配合部(201)配合、以避免因水而發生短路問題的第二配合部(12)；另前述第一配合部(201)，其是為下列之一結構：凸條、凹槽；又前述第二配合部(12)，其是為以下列之一結構、以對應於前述第一配合部(201)：凸條、凹槽。

其中，透過第一配合部(201)與第二配合部(12)的配合，將正極樁頭(5)和負極樁頭(6)隔離開，有效的避免因為水或其他液體，流經電池殼(1)頂表面，將兩者導通，造成短路、甚至是電池受損的問題。

其次，依據應用需求，第一配合部(201)能自凸條、或是凹槽中擇一使用，而第二配合部(12)則是對應於該第一配合部(201)，當第一配合部(201)是凸條、第二配合部(12)就是凹槽；當第一配合部(201)是凹槽、第二配合部(12)就是凸條。

由此能得知，本發明透過監控電路板(3)、金屬導電層組(4)及電池管理系統(7)的配合，一舉解決，鋰電池中的線材過多、組裝成本和不良率過高、印刷電路板無法耐大電流連續之放電的問題，同時更應用重置按鈕(31)，提供一緊急供電的功能，並使用遮蓋板(8)，延長本發明的使用壽命，相較於現今的傳統鋰電池，更具產業利用性、功效性與實用性。

以上依據圖式所示的實施例詳細說明瞭本發明的構造、特徵及作用效果，由於符合新穎及進步性要件，遂爰依法提出發明專利申請；惟以上所述僅為本發明之較佳實施例，但本發明不以圖面所示限定實施範圍，因此舉凡與本發明意旨相符的修飾性變化，只要在均等範圍內都應涵屬於本發明專利範圍內。

1‧‧‧電池殼

11‧‧‧容置空間

12‧‧‧第二配合部

2‧‧‧蓄電裝置

21‧‧‧蓄電池

211‧‧‧正極電芯

212‧‧‧負極電芯

213‧‧‧安全洩壓閥

214‧‧‧極性標示部

215‧‧‧極性標示塗層

3‧‧‧監控電路板

31‧‧‧重置按鈕

32‧‧‧電壓感測電路

33‧‧‧溫度感測電路

4‧‧‧金屬導電層組

41‧‧‧正極金屬導電層

42‧‧‧負極金屬導電層

43‧‧‧串聯金屬導電層

44‧‧‧並聯金屬導電層

45‧‧‧開關單元

46‧‧‧彈簧

5‧‧‧正極樁頭

6‧‧‧負極樁頭

7‧‧‧電池管理系統

71‧‧‧電池管理電路板

8‧‧‧遮蓋板

81‧‧‧擋板

82‧‧‧極性標示圖

9‧‧‧通訊插槽

10‧‧‧排線

20‧‧‧提把

201‧‧‧第一配合部

30‧‧‧樞接卡塊

40‧‧‧軸桿

A‧‧‧正極輸出端

B‧‧‧負極輸出端

圖1：本發明的立體示意圖。

圖2：本發明的分解示意圖。

圖3：為圖2的部分分解示意圖。

圖4：本發明的I-I剖面示意圖。

圖5：本發明配合另種金屬導電層組時的分解示意圖。

圖6：本發明以並聯實施時的分解示意圖。

圖7：本發明提把應用時的Ⅱ-Ⅱ剖面實施示意圖。

圖8：本發明提把與第二配合部配合應用時的立體剖面示意圖。

圖9：本發明配合另種提把、第二配合部應用時的立體實施示意圖。

圖10：本發明應用重置按鈕時的立體實施示意圖。

圖11：本發明另種實施例的立體示意圖。

圖12：本發明另種實施例的分解示意圖。

圖13：為圖12的部分分解示意圖。

圖14：本發明另種實施例的Ⅲ-Ⅲ剖面示意圖。

圖15：本發明另種實施例配合以另種方式連接電池管理系統時的分解示意圖。