TWI473324B - Battery - Google Patents

Description

電池組

本發明係關於一種收納有複數個可充電之二次電池之電池組，例如關於一種可利用於電動小型機車(electric scooter)或助力腳踏車(assist bicycle)用之電源等之電池組。

串聯及/或並聯地連接有多個二次電池之電池組係利用於電動小型機車或助力腳踏車之動力源、或者電動汽車之電源裝置等。電池組係將二次電池收納於樹脂製之電池保持件，進而將電池保持件收納於絕緣性之外殼中。

此種電池組可藉由增加串聯連接之電池單元數而提高輸出電壓，又，可藉由增加並聯連接之電池單元數而提高電池電容。尤其是鑒於近年之高輸出化之要求，電池組存在電池單元之使用數量增加之傾向。另一方面，各電池單元會因充放電大電流而發熱。由此，為了長期穩定地使用電池單元，而要求高效地冷卻電池組。

因此，考慮藉由將外殼設為金屬製，而自外殼之整個表面散熱來提高散熱性。然而，由於金屬製之外殼不僅導熱性優異，而且導電性亦優異，故而存在難以實現與收納於內部之電池單元之絕緣性的問題。又，為了避免水滴等滲入外殼而於內部產生短路之事態，必需將外殼設為防水構造，但金屬製之外殼於成形性等方面難以實現防水性，而成為成本上漲之重要原因。進而，金屬製外殼之重量變 重，並且因設為金屬製而亦會使原材料成本上升。

另一方面，若利用樹脂製之外殼則可實現低價且輕量，亦可相對容易地實現防水構造，但存在散熱性較金屬製之外殼差之缺點。

[先前技術文獻] [專利文獻]

[專利文獻1]日本專利特開2002-124224號公報

[專利文獻2]日本專利特開2002-334684號公報

[專利文獻3]日本專利特開2003-36819號公報

[專利文獻4]日本專利特開2005-285456號公報

[專利文獻5]日本專利特開2001-210286號公報

本發明係鑒於此種先前之問題而完成者。本發明之主要目的在於提供一種提高散熱性、並且消除使用金屬製外殼之情形時之缺點之電池組。

為了達成上述目的，本發明之第1方面之電池組係包括如下構件者：複數個電池單元1；電池保持件2，其收納上述複數個電池單元1；及樹脂製之外殼4，其收納上述電池保持件2；且上述外殼4可嵌入成形有金屬製之散熱板14，可使上述散熱板14之一部分顯露於上述外殼4之外表面側及內表面側，且可使於上述外殼4之內表面側露出之上述散熱板14與上述電池保持件2熱結合。藉此，藉由使電池 保持件與外殼呈熱結合狀態接觸，而可將顯露於外部之散熱板用作散熱片(heat sink)，從而可獲得將電池單元之發熱經由電池保持件高效地散熱至外部而能夠可靠性較高地使用之優點。

又，第2方面之電池組中，上述外殼4係可由絕緣性之保護膜16被覆顯露於內表面側之上述散熱板14之表面。藉此，可避免使散熱板於外殼之內表面暴露之狀態，從而可確保絕緣性與防水性而提高安全性及可靠性。

進而，又，第3方面之電池組中，可使上述散熱板14之顯露於上述外殼4之外表面側之面形成為凹凸狀14a。藉此，可增加散熱板之表面積而提高散熱性。

進而，又，第4方面之電池組中，可使上述散熱板14之顯露於上述外殼4之內表面側之面形成為大致平坦面。藉此，可使散熱板與電池保持件接觸之面密接而提高熱結合，從而可提高散熱性。

進而，又，第5方面之電池組中，可於上述外殼4之內表面，將顯露出有上述散熱板14之板顯露面15設為自該外殼4之表面呈階差狀凹陷之凹狀，上述電池保持件2可設置有朝向上述板顯露面15突出之凸條32，且可將上述凸條32插入至上述板顯露面15。藉此，可維持電池保持件與外殼之絕緣性並且提高熱結合，從而可提高散熱性。

進而，又，第6方面之電池組中，上述凸條32可兼用作突出阻止部，該突出阻止部阻止電池單元1自形成於電池保持件2之電池收納空間34脫落。藉此，可不於電池保持 件中另外設置與散熱板之接觸面，而共用既存之構件，從而無需大幅度地變更形狀或尺寸、成本即可實現散熱性之提高。

進而，又，第7方面之電池組中，可於上述外殼4中，將顯露出有上述散熱板14之面設為該外殼4之頂面、底面、或頂面與底面中之任一者。

以下，基於圖式說明本發明之實施形態。然而，以下所示之實施形態係例示用以使本發明之技術思想具體化之電池組者，且本發明之電池組並不特定為以下者。再者，申請專利範圍所示之構件並不特定為實施形態之構件。尤其是實施形態中記載之構成構件之尺寸、材質、形狀、及其相對配置等只要未特別進行特定性記載，則並非將本發明之範圍僅限定於此之意旨，而僅為說明例。再者，存在為了使說明明確而誇張表示各圖式所示之構件之大小或位置關係等之情況。進而，於以下之說明中，相同之名稱、符號表示相同或同質之構件，而適當省略詳細說明。進而，構成本發明之各要素既可設為以相同之構件構成複數個要素而由一個構件兼用作複數個要素之態樣，相反地亦可由複數個構件分擔一個構件之功能而實現。又，亦存在於一部分實施例、實施形態中所說明之內容可利用於其他實施例、實施形態等中者。

(實施例1)

於圖1中表示本發明之實施例1之電池組100。該圖所示 之電池組100係安裝於電動腳踏車(electric bicycle)，而供給驅動用之電源。因此，設置有用以對電動腳踏車供給電力之輸出連接器。輸出連接器包含串聯及/或並聯地連接於電池組100中內置之二次電池之作為高電壓線之輸出端子。又，除輸出端子以外，另設置有用以於電池組100與電動腳踏車之間交換控制信號之信號端子。進而，輸出連接器中亦可包含用以自外部對內置之電池單元1充電之充電端子。充電端子亦可兼作為輸出端子。輸出連接器彙集該等輸出端子及/或充電端子、信號端子。然而，未必將該等端子彙集於一個輸出連接器中，亦可於另一個連接器中設置各端子。

該電池組100係設置於電動用腳踏車之固定位置，且使輸出連接器與設置於電動腳踏車之插座(receptacle)連接。再者，此處對將電池組用作電動用腳踏車之電源裝置之例進行說明，但本發明之電池組並不限定於電動腳踏車用電源裝置，當然亦可用作其他電源裝置。

圖1所示之電池組100包含：複數個可充電之電池單元1；及電池保持件2，其係個別地劃分可分別收納複數個電池單元1之電池收納空間34。圖中之電池組100係將複數個電池單元1配置於電池保持件2之固定位置並將串聯與並聯地連接之電池集合體收納於外殼4中。

電池組100係如圖2之仰視圖及圖3~4之剖面圖所示，將構成外形之外殼4之整體形狀設為大致箱形。於外殼4中，分別內置有複數根電池單元1。

外殼4係二等分為散熱外殼11與連結外殼12，且於內部收納電池保持件2。於圖5中表示外殼4之分解立體圖。該圖中所示之外殼4係於由散熱外殼11與連結外殼12構成之內部空間收納有電池保持件2。於電池保持件2中收納電池單元1(詳細情況將於下文敍述)。又，於散熱外殼11與連結外殼12之接合面插入墊圈(packing)等產生彈性變形之密封材料13，而實現該接合界面處之防水。

(電池集合體)

分別將外殼4中所包含之由電池保持件2構成之電池集合體之立體圖表示於圖6，將其分解立體圖表示於圖7及圖8之分解立體圖。如該等圖所示，電池集合體包括：複數個可充電之電池單元1；塑膠製之電池保持件2，其將該等電池單元1呈多段多行地排列並保持；複數個引線板5，其焊接於在電池保持件2中保持於固定位置之各個電池單元1之端面電極1A，且連接鄰接之電池單元1；及電路基板6，其設置於電池保持件2之一面。

如圖7及圖8之分解立體圖所示，電池保持件2係在縱向上將電池單元1排列為7段，並在橫向上將其配置為14行。即，將98個電池單元1呈矩陣狀排列為7段14行而配置。然而，本發明之電池組之電池單元之個數或排列並不特定為該狀態。進而，呈多段多行排列之複數個電池單元係串聯與並聯地連接而構成電池集合體。圖7及圖8所示之電池集合體係並聯地連接配置於同行之7個電池單元，並且將排列於互相鄰接之行之以7個為單位之電池單元彼此串聯地 連接，從而將14行之電池單元彼此串聯地連接。即，圖中之電池集合體係將98個電池單元呈7並14串地連接。該構造係藉由並聯地連接複數個電池單元而可使電池組之輸出電流較大，又，藉由將互相並聯地連接之電池單元串聯地連接而可使電池組之輸出電壓較高。然而，本發明之電池組中，互相並聯地連接之電池單元之個數與互相串聯地連接之電池單元之個數並不特定為以上。

(電池單元1)

電池單元1為可充電之二次電池。圖中之電池組係將電池單元1設為圓筒形之電池單元。於本實施例中，使用圓筒形之鋰離子二次電池作為電池單元1。鋰離子二次電池適用於大電容、大輸出之電池系統。其原因在於，鋰離子二次電池可使相對於體積及重量之電容較大。然而，本發明之電池組之電池並不特定為鋰離子二次電池，亦可利用鋰聚合物電池(lithium polymer battery)或鎳氫電池(nickel hydoride battery)、鎳鎘電池(nickel-cadmium battery)等可充電之其他二次電池。進而，外形亦不限定於圓筒形而可設為矩形電池。

(電池保持件2)

電池保持件2係將複數個圓筒形之電池單元1以互相平行之姿勢呈多段多行地排列並保持。各電池保持件2係如圖7及圖8之立體圖所示，呈多段多行地設置有可收納電池單元1之圓筒狀之電池收納空間34，且於各個電池收納空間34中插入電池單元1而配置於固定位置。電池保持件2係使 收納電池單元1之電池收納空間34於電池單元1之軸向上開口而設置。圖中之電池保持件2係成形為具有圓柱狀之電池收納空間34之形狀。該電池收納空間34係成形為可供圓筒形之電池單元1插入之內部形狀。圖中之電池保持件2係以能夠以特定之排列收納98個電池單元1之方式，將98個電池收納空間34設置為7段14行之矩陣狀。進而，電池保持件2係於其兩面使電池收納空間34之兩端開口。

電池保持件2係於圓筒形之電池單元1之長度方向(圖7、圖8中為上下方向)之中間二等分為第一子保持件2a與第二子保持件2b。第一子保持件2a與第二子保持件2b係使電池收納空間34之兩端開口，而成形為可供圓筒形之電池單元1插入之形狀。電池保持件2係以塑膠等絕緣構件而成形。將塑膠成形為設置有電池收納空間34之形狀之電池保持件2係藉由劃分並排列電池單元1，而可準確地定位並排列複數個電池單元1。

第一子保持件2a與第二子保持件2b係以將電池單元1之兩端部插入至彼此之電池收納空間34中之狀態互相連結，而於各自之電池收納空間34中收納電池單元1。第一子保持件2a與第二子保持件2b係經由固定螺絲而互相連結。圖中之第一子保持件2a係開口有供固定螺絲插入之螺孔(未圖示)，第二子保持件2b係於對向面設置有旋入該固定螺絲之連結螺絲柱。

(突出阻止部32)

進而，電池保持件2於外側端面一體地成形而設置有突 出阻止部32，該突出阻止部32阻止插入至電池收納空間34之電池單元1之端面電極1A自外側端面向外側突出。該突出阻止部32使插入至電池收納空間34之電池單元1之端面電極1A自外側端面顯露，但以如下狀態設置，以使端面電極1A不會自開口端突出，即，以自電池收納空間34之開口端緣向內側突出，而局部地被覆電池收納空間34之開口部之方式凸出之狀態。

圖6之電池保持件2中，呈矩陣狀配置電池收納空間34，並且於複數個電池收納空間34中以局部地重疊於電池收納空間34之開口部之方式呈直線狀設置有突出阻止部32。該電池保持件2係使突出阻止部32抵接於插通至電池收納空間34之電池單元1之端面電極1A而阻止電池單元1之端面電極1A自外側端面突出。又，突出阻止部32亦發揮作為用以將引線板5引導至固定位置之導件之功能。進而，突出阻止部32亦發揮作為用以與散熱板14接觸之凸條32之功能。

電池保持件2於連結第一子保持件2a與第二子保持件2b之狀態下，使電池單元1之端面電極1A自電池收納空間34之外側開口部露出至外部。藉由點焊或雷射焊接等方法將引線板5焊接於露出至外部之端面電極1A。圖7、圖8之電池保持件2利用突出阻止部32亦作為在使電池收納空間34之兩端開口之兩面上將複數個引線板5互相分離地配置於固定位置之導件。引線板5係由突出阻止部32引導而連接於電池單元1之端面電極1A。因此，突出阻止部32係設置於配置連接於端面電極1A之引線板5之位置。又，換言 之，由於配置引線板本身之位置上不存在突出阻止部，故而藉由使突出阻止部與散熱板熱結合，而可避免散熱板與引線板之無意之導通。

(引線板5)

引線板5係如圖7、圖8所示，由電池保持件2之突出阻止部32引導，且藉由點焊或雷射焊接而連接於電池單元1之端面電極1A，從而串聯與並聯地連接鄰接之電池單元1。引線板5並聯地連接同一行之電池單元1，且串聯地連接鄰接之行之電池單元1。引線板5包括：1行寬之第1引線板5A，其係位於呈多行連接之電池單元1之兩端而配置，且並聯地連接1行7根之電池單元1；及2行寬之第2引線板5B，其係為了並聯地連接各行7根之電池單元1、且串聯地連接鄰接之行之7根電池單元1，而連接14根電池單元1之端面電極1A。

圖7、圖8之電池集合體係於第二子保持件2b之外側面(圖7中為下表面側)互相平行地排列有7片連接2行之電池單元1之第2引線板5B。7片第2引線板5B係分別並聯地連接7段之電池單元1，且串聯地連接鄰接之2行電池單元1。又，於第一子保持件2a之外側面(圖7中為上表面側)，於中間配置有6片連接2行之電池單元1之第2引線板5B，且於成為輸出側之兩端配置有2片連接1行之電池單元1之第1引線板5A。配置於中間之6片第2引線板5B係分別並聯地連接7段之電池單元1，且串聯地連接鄰接之2行電池單元1。配置於兩端之2片第1引線板5A係並聯地連接7段之電池單元 1。以上之電池集合體係一面並聯地連接7段之電池單元1，一面呈鋸齒狀串聯連接14行之電池單元1，並將連接於兩端部之第1引線板5A作為輸出連接於輸出端子(未圖示)。

引線板5係使用電阻較小且導熱優異之金屬板，例如使用鎳板、於鐵或鐵合金或者銅或銅合金等之表面鍍敷有鎳等之金屬板。引線板5係使用最適合焊接之厚度之金屬板，例如0.1 mm~0.3 mm之金屬板。進行點焊或雷射焊接之引線板無論過厚或過薄均無法以理想之狀態焊接於電池單元之端面電極。因此，引線板係考慮流通之電流或用途而設定為最佳之厚度。

進而，引線板5於其一端設置有用以連接於電路基板6之連接片5a。該引線板5係如圖7、圖8所示，將連接片5a之前端部進一步彎折，並將該前端部直接電性連接於電路基板6。電路基板6係開口有用以供連接片5a之前端部插入之狹縫6a，於該狹縫6a中插入連接片5a之前端部，並且焊接連接片5a而連接於電路基板6。電路基板6係經由連接片5a而輸入來自引線板5之電壓、電流，從而檢測電池集合體之中間電位。

(電路基板6)

電路基板6安裝有保護電路，該保護電路藉由檢測電池單元之溫度或電壓等，而保護電池單元。該電路基板6係固定於電池保持件2之端面，且連接有連接於複數個電池單元1之引線板5之連接片5a。引線板5之連接片5a係連接 於安裝於電路基板6之電壓檢測電路。藉此，可於電路基板6側檢測電池集合體之中間電位。電路基板6係安裝控制各行之電池單元1之充放電電流之充放電電路或保護電路等電池組之驅動所需之電路及其構成零件、元件等之基板，可利用玻璃環氧基板等。

進而，亦可使對電池單元進行加熱之發熱體與電池單元之表面接觸而設置。於該情形時，於電路基板中包含使發熱體之通電ON/OFF(接通/斷開)之控制電路。控制電路係檢測溫度而使發熱體之通電ON/OFF。控制電路包含檢查電池溫度或外部氣體溫度之溫度感測器。該溫度感測器例如為熱敏電阻(thermistor)。熱敏電阻可藉電阻值之變化而檢查周圍之溫度，並輸入至控制電路。該電池組係接近於電池單元而設置有檢測電池單元溫度之溫度感測器。

再者，電路基板除設置於各電池保持件之構成以外，亦可僅設置於任一電池保持件，而於另一電池保持件中省略電路基板，從而共用一個電路基板來監視2個電池保持件。

(散熱板14)

於圖5之例中，散熱外殼11與連結外殼12係為樹脂製。進而，該等外殼係嵌入成形有金屬製之散熱板14。散熱板14之一部分顯露於外殼之外表面側及內表面側。而且，使於外殼之內表面側顯露之散熱板14與電池保持件2熱結合。藉此，藉由使電池保持件2與外殼呈熱結合狀態接觸，而可將顯露於外部之散熱板14作為散熱片加以利用， 從而可獲得將電池單元之發熱經由電池保持件2高效地散熱至外部而能夠可靠性較高地使用之優點。作為此種散熱板14，可利用導熱性優異之鋁或銅等金屬板。尤其是鋁金屬製之散熱板14可輕量且廉價地構成，故而較佳。

如圖9(a)之放大剖面圖所示，於散熱外殼11與連結外殼12之內表面，將顯露出有散熱板14之板顯露面15設為自外殼之表面呈階差狀凹陷之凹狀。另一方面，電池保持件2中設置有朝向板顯露面15突出之凸條32。凸條32係藉由以構成電池保持件2之樹脂一體成形而形成。由於樹脂製之凸條32為絕緣性，故而如圖9(b)所示，即便與散熱板14接觸亦不會導電，從而維持散熱板14與電池單元之絕緣性。另一方面，使電池單元之熱經由電池保持件2之凸條32而傳導至散熱板14，進而自顯露於外殼表面之部位高效地散熱至電池組之外部。凸條32係表面設為大致平坦面。又，亦將散熱板14之顯露於外殼之內表面側之面形成為大致平坦面。

(保護膜16)

進而，散熱外殼11及連結外殼12亦可由絕緣性之保護膜16被覆顯露於內表面側之板顯露面15。將此種構成設為實施例2而示於圖10(a)之剖面圖。保護膜16係貼附於顯露於外殼內表面之板顯露面15。於將電池保持件2之凸條32插入至以此方式構成之板顯露面15，而如圖10(b)所示般介隔保護膜16而接觸之狀態下，藉由固定螺絲等固定電池保持件2與外殼。藉此提高凸條32與散熱板14之熱結合狀態， 從而提高散熱性。此外，可於接合面附加絕緣性與防水性，使散熱板14不暴露於外殼內表面而提高安全性及可靠性。該保護膜16係為了確保導熱而設定為較薄、且可實現充分之絕緣性與防水性之厚度。於該例中設為1 mm左右之厚度。

(凹凸狀14a)

另一方面，如將圖4之主要部分放大之圖11及將圖11進一步放大之圖12所示，散熱板14亦可將顯露於外殼4之外表面側之面形成為凹凸狀14a。如此，於散熱板14中，為了提高與凸條32之熱結合而於內表面側設為平滑面，且於外表面側增加表面積而提高散熱性，藉此可高效地傳導電池保持件2之熱，並釋放至外部。

再者，於圖5之例中，散熱外殼11與連結外殼12之任一者均係嵌入金屬板之散熱板14而實現散熱構造，但亦可設為例如僅於散熱外殼設置散熱板而於連結外殼未設置散熱板之構成。

又，於以上之例中將散熱板設置於電池組之頂面與底面、以及中央之空間，但並不限定於此，亦可僅設置於頂面或底面，相反地亦可除該等以外亦於電池組之側面設置散熱板。

收納於外殼4之電池保持件2係藉由輸出電纜而連接輸出線。而且，將電池組整體之輸出連接於設置於外殼4之輸出連接器之輸出端子。如此，將串聯及並聯地連接有多個電池單元之電池保持件2並聯連接而使電容倍增。

[產業上之可利用性]

本發明之電池組可較佳地用作電動腳踏車、電動輪椅、電動三輪車、助力腳踏車、及電動手推車等之驅動用電池組等。

1‧‧‧電池單元

1A‧‧‧端面電極

2‧‧‧電池保持件

2a‧‧‧第一子保持件

2b‧‧‧第二子保持件

4‧‧‧外殼

5‧‧‧引線板

5A‧‧‧第1引線板

5B‧‧‧第2引線板

5a‧‧‧連接片

5b‧‧‧延長引板

6‧‧‧電路基板

6a‧‧‧狹縫

11‧‧‧散熱外殼

12‧‧‧連結外殼

13‧‧‧密封材料

14‧‧‧散熱板

14a‧‧‧凹凸狀

15‧‧‧板顯露面

16‧‧‧保護膜

32‧‧‧突出阻止部(凸條)

34‧‧‧電池收納空間

100‧‧‧電池組

圖1係自斜上方觀察實施例1之電池組之立體圖。

圖2係圖1之電池組之仰視圖。

圖3係自III-III線觀察圖2之電池組之橫剖面圖。

圖4係自IV-IV線觀察圖2之電池組之橫剖面圖。

圖5係外殼之分解立體圖。

圖6係表示圖5之電池集合體之立體圖。

圖7係圖6之電池集合體之分解立體圖。

圖8係自背面斜下方觀察圖7之電池集合體之分解立體圖。

圖9(a)、(b)係表示外殼與電池保持件之接合面之模式剖面圖。

圖10(a)、(b)係表示實施例2之電池組之外殼與電池保持件之接合面之模式剖面圖。

圖11係圖4之剖面之主要部分放大立體圖。

圖12係圖11之剖面之進一步放大立體圖。

2a‧‧‧第一子保持件

2b‧‧‧第二子保持件

4‧‧‧外殼

14‧‧‧散熱板

100‧‧‧電池組

Claims (7)

1. 一種電池組，其特徵在於包括：複數個電池單元(1)；電池保持件(2)，其收納上述複數個電池單元(1)；及樹脂製之外殼(4)，其收納上述電池保持件(2)；且上述外殼(4)係嵌入成形有金屬製之散熱板(14)，使上述散熱板(14)之一部分顯露於上述外殼(4)之外表面側及內表面側，且使於上述外殼(4)之內表面側露出之上述散熱板(14)與上述電池保持件(2)熱結合。
2. 如請求項1之電池組，其中上述外殼(4)係以絕緣性之保護膜(16)被覆顯露於內表面側之上述散熱板(14)之表面。
3. 如請求項1或2之電池組，其中上述散熱板(14)係將顯露於上述外殼(4)之外表面側之面形成為凹凸狀(14a)。
4. 如請求項1或2之電池組，其中上述散熱板(14)係將顯露於上述外殼(4)之內表面側之面形成為大致平坦面。
5. 如請求項1或2之電池組，其中於上述外殼(4)之內表面，將顯露出有上述散熱板(14)之板顯露面(15)設為自該外殼(4)之表面呈階差狀凹陷之凹狀；上述電池保持件(2)設置有朝向上述板顯露面(15)突出之凸條(32)；且將上述凸條(32)插入至上述板顯露面(15)。
6. 如請求項5之電池組，其中上述凸條(32)係兼用作突出阻 止部，該突出阻止部阻止電池單元(1)自形成於電池保持件(2)之電池收納空間(34)脫落。
7. 如請求項1或2之電池組，其中於上述外殼(4)中，顯露出有上述散熱板(14)之面為該外殼(4)之頂面、底面、或頂面與底面中之任一者。