TWI460902B - 具有散熱系統的電池組 - Google Patents

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Description

具有散熱系統的電池組
本發明關於一種電池組。尤指，一種具有散熱系統的電池組以釋放電池組所產生的熱。其可應用於諸如電動車輛的高需求電力主機。
電動車輛也稱為電力驅動車輛，是使用一個以上的電動馬達做為驅動系統的移動車輛。有別於藉由燃燒汽油所得的能量來移動的石油運輸工具，電動車輛使用電力做為推力。不產生廢氣，噪音也較小。過去數十年中，對石油運輸工具之環境衝擊的關心導致電動運輸工具重新受矚目。電動車輛的電力可產生自許多能源，包含化石燃料、核能、和諸如潮汐能、太陽能、風力或其任何組合的再生能源。
現今電動車輛或油電混合電動車輛越來越普及。目前電動車輛(EV)及油電混合電動車輛(HEV)大多使用鎳氫(Ni-MH)二次電池作為其電源。近年來，甚至開始使用鋰離子二次電池。這些二次電池必須具備高輸出及高容量。因此，很多小尺寸二次電池(電池單元)以串聯或並聯的方式相連在一起來夠成一個電池模組。很多電池模組再以串聯或並聯的方式相連在一起來夠成一個電池組。
然而，這樣高輸出、高容量的電池組勢必會在充放電時，產生相當大的熱。假若充放電時所產生的熱無法有效釋放， 則熱將累積於電池單元中並造成電池單元的快速耗盡。因此，亟需一種具有散熱系統的電池組。
尤其，當油電混合電動車輛(HEV)使用電池組來驅動馬達，具有足夠的散熱是很重要的。假若散熱不足，電池單元所產生的熱將導致電池單元的溫度變化，並造成電池單元的內部溫度上升，最後甚至爆炸。
既然HEV的電池模組是以高電流進行充放電，可充電電池內部反應所產生的熱可能會讓其效能降低。
請參照第1圖，美國專利第7,795,845號揭示一種可充電電池模組10，其包含複數個電池單元11；及一殼體12。該殼體12容納有電池單元11及冷卻劑(以箭頭標示)以控制殼體12內的溫度。電池單元11相對於注入的冷卻劑以一特定角度傾斜排列於殼體12中。電池單元11以一預設間隔排列於殼體12中以形成一電池串13。殼體12的一側具有一入口14，以供空氣流入以調節電池單元11的溫度，並在其另一側具有一出口15，以供空氣從電池單元11旁釋出。然而，電池單元11間的間隔不能夠太小，否則無法讓冷卻劑進行循環，因此，可充電電池模組10的尺寸將受限而無法達到小尺寸。
請參照第2圖，美國公開專利第2007/0196728號揭示一種電池，其具有雙過濾器裝置裝設於空氣流入端，以供用以冷卻電池組的空氣所流經。該雙過濾器包含一前置過濾器，其具有相對大的氣孔；及一中置過濾器，其具有相對小的氣孔。該前置過濾器可經常替換，而該中置過濾器則不常替換。就空氣流動的方向來看，前置過濾器配置於中置過濾器的前面。藉此，可移除空氣中的灰塵並提高電池組的散熱效力。然而， 此結構將讓電池顯得腫脹且無法達到縮小電池組尺寸的設計要求。
因此，目前亟需一種體積小、具有有效散熱系統、可加強內部結構的電池組。
本段章節輯取了本發明之某些特色，而其他體現本發明特徵與優點的一些典型實施例將在後段的說明中詳細敘述。
依照本發明的觀點，一種具有一散熱系統的電池組，包括：複數個電池單元，以串聯或並聯的方式相連並配置在一平面上用來提供電力；複數個熱傳導棒，每一個熱傳導棒具有多個側面及兩末端，其配置於電池單元中，並藉由該側面與該電池單元實質接觸，用來將熱從該電池單元傳導到該兩末端；及一殼體，用來容納該電池單元及該熱傳導棒，並將熱從熱傳導棒的一末端傳導到該殼體之外；其中該熱傳導棒的至少一末端連接於該殼體，並成為該殼體的一內部支撐結構。
根據本發明構想，電池組進一步包括一固定單元，用來將該電池單元及該熱傳導棒固定在該平面上。
根據本發明構想，該熱傳導棒包括一固定單元，用來將該電池單元固定在該平面上。
根據本發明構想，該電池單元為可充電電池。
根據本發明構想，該熱傳導棒由熱傳導材料所組成。
根據本發明構想，該熱傳導材料為金屬或合金。
根據本發明構想，該金屬為鋁。
根據本發明構想，該熱傳導棒為中空。
根據本發明構想，電池組進一步包括一循環系統，藉由讓冷卻液從該熱傳導棒中空部分的一末端流到另一末端來加速熱傳導。
根據本發明構想，該冷卻液為水、乙醇、乙二醇或油。
根據本發明構想，該側面的數量等於圍繞該熱傳導棒的該電池單元的數量。
根據本發明構想，該側面的形狀相同於電池單元接觸該熱傳導棒的部分。
根據本發明構想，該熱傳導棒藉由螺絲與該殼體固定，且熱可經由該螺絲或藉由接觸該殼體從該熱傳導棒傳導到殼體之外。
根據本發明構想，該殼體是由熱傳導材料所組成。
根據本發明構想，該熱傳導材料為鋁。
根據本發明構想，該固定單元是由絕緣體所組成。
根據本發明構想，該絕緣體為塑膠。
根據本發明構想，該固定單元是由熱傳導材料所組成。
體現本發明特微與優點的實施例將在後段的說明中詳細敘述。本發明能夠在不同的態樣上具有各種的變化，皆不 脫離本發明的範圍，且其中的說明及圖式在本質上當作說明之用，而非用以限制本發明。
第一實施例
請參照第3圖到第5圖，其顯示第一實施例。請參照第3圖，其顯示電池組100的殼體103的外觀。如圖所示，在殼體103上有許多螺絲1031。這些螺絲1031的功能將在後續本實施例中作更詳細的描述。
接下來，請參照第4圖。其為一爆炸圖顯示不具殼體103的電池組100。電池組100具有多個電池單元101、多個熱傳導棒102及兩個固定單元104。電池單元101以串聯或並聯的方式相連並配置在一平面上。其為供電的基本元件。為了更清楚了解熱傳導棒102，請參照第5圖。熱傳導棒102具有四個側面1025及兩末端1021。請同時參照第4圖及第5圖，熱傳導棒102配置於電池單元101中並藉由側面1025與電池單元101實質接觸。意即，每一個側面1025皆會與一個電池單元101接觸，而在本實施例中，熱傳導棒102會被四個電池單元101所包圍。熱傳導棒102可從其兩末端1021將熱傳導到電池單元101之外。
殼體103是用來容納電池單元101及熱傳導棒102。其亦可將熱從熱傳導棒102的一末端1021傳導到外界環境。熱傳導棒102的一末端1021藉由將螺絲1031鎖入熱傳導棒102的一螺洞1022中來與殼體103連接，藉此亦可讓熱傳導棒102成為殼體103的內部支撐結構。其可避免殼體103因外力造成扭曲變形。
根據本發明的精神，有幾點應注意：首先，熱傳導棒102不限於僅透過一末端1021與殼體103連接。在只有單層電池組100的情況下，可將兩末端1021分別鎖入到殼體103。換句話說，殼體103並不限於只容納單層電池組100，其亦可將多層電池組100堆疊在一起。固定單元104是用來將電池單元101與熱傳導棒102固定在一起讓它們可以配置在一平面上。在本實施例中，電池單元101為可充電電池。然而，實際上，亦可使用一次性電池。熱傳導棒102可由熱傳導材料所組成。一般來說，熱傳導材料為金屬或合金。在本實施例中，則使用鋁。殼體103亦由熱傳導材料所組成。類似於熱傳導棒102，所使用的熱傳導材料亦為鋁。
最後，固定單元104是由絕緣體所組成。在本實施例中，所使用的絕緣體為塑膠。使用塑膠是為了避免電池單元101漏電及串並聯使用的鎳片與殼體103發生短路。
第二實施例
在第一實施例中，熱傳導棒102為一實心元件並於兩末端1021具有螺洞以供螺絲鎖入。然，依據本發明的精神，熱傳導棒102亦可為中空。
請參照第6圖，其顯示第二實施例。第一及第二實施例有許多相同的元件並具有相同的功能，唯一的差異在於熱傳導棒102。第二實施例的熱傳導棒102為中空。因此，熱傳導棒102具有一通道1026(雖然未顯示但以虛線表示)穿過其中。一泵浦1027及兩條輸送管1028及1029形成一個循環系統。循環系統藉由讓冷卻液從該熱傳導棒102的通道 1026一末端1021流到另一末端來加速熱傳導。本實施例使用水作為冷卻液，其循環方向以箭頭標示於第6圖。實際上，亦可使用乙醇、乙二醇或油作為冷卻液。
根據本發明的精神，熱傳導棒102不一定需要連接到循環系統。雖然本實施例的熱傳導棒102有連接到循環系統，但有些熱傳導棒102仍可如同第一實施例所述藉由螺絲1031與殼體103連接以讓殼體103具有足夠的內部支撐。
第三實施例
請參照第7圖及第8圖，其顯示第三實施例。依照本發明，側面1025的數量等於圍繞第一實施例中的熱傳導棒102的電池單元101的數量。側面1025的形狀原則上相同於電池單元101接觸熱傳導棒102的部分。
具有相似功能的元件，將以相同的元件符號來表達，且相關敘述在此將不再贅述。請參照第7圖，其顯示電池單元101包圍熱傳導棒102的截面圖。在第一實施例中，熱傳導棒102具有一個正方形截面。而在本實施例中，熱傳導棒102具有一個六方形的截面以允許與六個電池單元101接觸。熱傳導棒102用來將電池單元101所產生的熱有效從電池單元101釋出。熱傳導棒102的截面形狀視包圍熱傳導棒102的電池單元101數量而定。然而，應了解，側面的數量並不限於如本實施例所述等於包圍熱傳導棒102的電池單元101數量。舉例來說，當多個電池單元101堆疊在一起時，有可能兩個或多個電池單元101會與同一個側面1025接觸。
最後，請參照第8圖。熱傳導棒102的側面1025亦可 為向內凹的圓弧狀使得其與所包圍的電池單元101具有更大的接觸面積，以讓散熱效果更好。
此外，雖然上述實施例中的固定單元104與熱傳導棒102為兩個獨立的元件，但其亦可整合為一，如第9圖所示。意即，熱傳導棒102可包含一固定單元104用來固定電池單元101於一個平面上。在此情況下，固定單元104可如同熱傳導棒102由熱傳導材料所組成。
雖然參照較佳實施例來說明本發明，但熟悉此技藝者知道，可做各種修改和改變而不悖離申請專利範圍所界定之本發明的範疇。
10‧‧‧可充電電池模組
11‧‧‧電池單元
12‧‧‧殼體
13‧‧‧電池串
14‧‧‧入口
15‧‧‧出口
100‧‧‧電池組
101‧‧‧電池單元
102‧‧‧熱傳導棒
103‧‧‧殼體
104‧‧‧固定單元
1021‧‧‧末端
1022‧‧‧螺洞
1025‧‧‧側面
1026‧‧‧通道
1027‧‧‧泵浦
1028‧‧‧輸送管
1029‧‧‧輸送管
1031‧‧‧螺絲
第1圖顯示習知技術一具有散熱結構的電池組。
第2圖顯示習知技術另一具有散熱結構的電池組。
第3圖顯示依據本發明第一實施例一電池組的殼體。
第4圖為一爆炸圖顯示依據第一實施例不具殼體的電池組。
第5圖顯示第一實施例的熱傳導棒。
第6圖為本發明第二實施例的概念圖。
第7圖為依據本發明第三實施例電池組中熱傳導棒的截面圖。
第8圖為依據本發明第三實施例電池組中熱傳導棒的另一截面圖。
第9圖顯示一包含固定單元的熱傳導棒。
100‧‧‧電池組
101‧‧‧電池單元
1031‧‧‧螺絲
102‧‧‧熱傳導棒
104‧‧‧固定單元

Claims (18)

  1. 一種具有一散熱系統的電池組，包括：複數個電池單元，以串聯或並聯的方式相連並配置在一平面上用來提供電力；複數個熱傳導棒，每一個熱傳導棒具有至少四個側面及兩末端，其配置於電池單元中，並藉由該側面與該電池單元實質接觸，用來將熱從該電池單元傳導到該兩末端；及一殼體，用來容納該電池單元及該熱傳導棒，並將熱從熱傳導棒的一末端傳導到該殼體之外；其中各側面的面積與形狀相同；及其中該熱傳導棒的至少一末端連接於該殼體，並成為該殼體的一內部支撐結構。
  2. 如申請專利範圍第1項所述之電池組，進一步包括一固定單元，用來將該電池單元及該熱傳導棒固定在該平面上。
  3. 如申請專利範圍第1項所述之電池組，其中該熱傳導棒包括一固定單元，用來將該電池單元固定在該平面上。
  4. 如申請專利範圍第1項所述之電池組，其中該電池單元為可充電電池。
  5. 如申請專利範圍第1項所述之電池組，其中該熱傳導棒由熱傳導材料所組成。
  6. 如申請專利範圍第5項所述之電池組，其中該熱傳導材料為金屬或合金。
  7. 如申請專利範圍第6項所述之電池組，其中該金屬為 鋁。
  8. 如申請專利範圍第1項所述之電池組，其中該熱傳導棒為中空。
  9. 如申請專利範圍第8項所述之電池組，進一步包括一循環系統，藉由讓冷卻液從該熱傳導棒中空部分的一末端流到另一末端來加速熱傳導。
  10. 如申請專利範圍第9項所述之電池組，其中該冷卻液為水、乙醇、乙二醇或油。
  11. 如申請專利範圍第1項所述之電池組，其中該側面的數量等於圍繞該熱傳導棒的該電池單元的數量。
  12. 如申請專利範圍第1項所述之電池組，其中該側面的形狀相同於電池單元接觸該熱傳導棒的部分。
  13. 如申請專利範圍第1項所述之電池組，其中該熱傳導棒藉由螺絲與該殼體固定，且熱可經由該螺絲或藉由接觸該殼體從該熱傳導棒傳導到殼體之外。
  14. 如申請專利範圍第1項所述之電池組，其中該殼體是由熱傳導材料所組成。
  15. 如申請專利範圍第14項所述之電池組，其中該熱傳導材料為鋁。
  16. 如申請專利範圍第2項所述之電池組，其中該固定單元是由絕緣體所組成。
  17. 如申請專利範圍第16項所述之電池組，其中該絕緣體為塑膠。
  18. 如申請專利範圍第3項所述之電池組，其中該固定單元是由熱傳導材料所組成。
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