TWI479720B

TWI479720B - Modular battery with high voltage electrostatic protection function

Info

Publication number: TWI479720B
Application number: TW102113934A
Authority: TW
Inventors: Ta Chin Yu
Original assignee: Formosa Plastics Transp Corp
Priority date: 2013-04-19
Filing date: 2013-04-19
Publication date: 2015-04-01
Also published as: TW201442321A

Description

具高壓靜電保護功能之模組化電池

本發明涉及一種能保護電池不受靜電傷害的具高壓靜電保護功能之模組化電池。

電氣產品都會有產生靜電問題，當發生靜電放電時會伴隨火花產生及極大的電流產生，會貫穿電路板、溶解電路表層，導致受損。

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，但對靜電防護方式，只對電池裝設隔絕層和接地線，但隔絕層不能中和電荷，只能透過空氣或是連接接地線使電荷離開，對一定累積的電荷並無作用，還是會產生靜電現象，使電路、電池被破壞。

所以，就算增加隔絕層和接地線，也無法完全使高壓靜電現象消失，當發生時，會導致電池管理系統、電池因高壓靜電問題而損毀。

而消費者應用的過程中，有因再使用中移動的需求，但是移動中的接地線無法能與地面相接，造成電荷無法釋出，使其電荷累積在電池內，導致增加靜電發生的機率。

有鑒於此，如何提供一種不需而外加設備，成本低廉，且能有效防止靜電產生的模組化電池，便成為本發明欲改進的目的。

本發明目的在於提供一種能保護電池不受靜電傷害的具高壓靜電保護功能之模組化電池。

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，為一種具高壓靜電保護功能之模組化電池，其包括：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)；所述金屬導電層組(4)，其是為串聯方式，與該蓄電裝置(2)電連接；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)；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)；及至少一片與該各蓄電池(21)連接的串聯金屬導電層(43)所組成；所述金屬導電層組(4)螺接與該各蓄電池(21)；其特徵在於：所述金屬導電層組(4)具有一組能集中電荷離子的放電端(46)。

更優選的是，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。

更優選的是，所述負極金屬導電層(42)的輸入端處，更設有數個開關單元(44)，而前述開關單元(44)，其是為下列之一或其混合：Mosfet、繼電器。

更優選的是，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(45)；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。

更優選的是，所述放電端(46)其是由，至少一設於該負極金屬導電層(42)一側，並與串聯金屬導電層(43)相鄰的第一放電端(47)；及至少一設於該串聯金屬導電層(43)一側，並與第一放電端(47)對應的第二放電端(48)所組成。

更優選的是，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。

更優選的是，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)。

更優選的是，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)。

更優選的是，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。

與現有技術相比，本發明的效果如下所示：

第一點：金屬導電層組(4)具有能集中電荷離子的一組放電端(46)，使其電池不需而外裝設絕緣層與接地線，而且放電端(46)運用靜電特性，使其不斷中和電荷，更有效的防止靜電發生，而且成本低，讓本新型具體產業應用性。

第二點：設置第一放電端(47)與第二放電端(48)能個別集中吸引正、負電荷離子，而第一放電端(47)與第二放電端(48)之間具有無小的間隙，能使正、負電荷離子不斷互相吸引，使其中和。

第三點：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。

第四點：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。

第五點：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。

第六點：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。

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‧‧‧開關單元

45‧‧‧彈簧

46‧‧‧放電端

47‧‧‧第一放電端

48‧‧‧第二放電端

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

第1圖：本發明的立體示意圖。

第2圖：本發明的分解示意圖。

第3圖：為圖2的部分分解示意圖。

第4圖：本發明的I-I剖面示意圖。

第5圖：本發明配合另種金屬導電層組時的分解示意圖。

第6圖：本發明提把應用時的Ⅱ-Ⅱ剖面實施示意圖。

第7圖：本發明提把與第二配合部配合應用時的立體剖面示意圖。

第8圖：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。

第9圖：本發明應用重置按鈕時的立體實施示意圖。

以下依據圖面所示的實施例詳細說明如後：

如第1圖、第2圖、第3圖、第4圖、第5圖、第9圖所示，圖式中揭示出，為一種具高壓靜電保護功能之模組化電池，其包括：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)；所述金屬導電層組(4)，其是為串聯方式，與該蓄電裝置(2)電連接；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)；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)；及至少一片與該各蓄電池(21)連接的串聯金屬導電層(43)所組成；所述金屬導電層組(4)螺接與該各蓄電池(21)；其特徵在於：所述金屬導電層組(4)具有一組能集中電荷離子的放電端(46)。

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。

另外，利用靜電原理設置放電端(46)，能持續中和正、負電荷，有效防止靜電發生。

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，所述負極金屬導電層(42)的輸入端處，更設有數個開關單元(44)，而前述開關單元(44)，其是為下列之一或其混合：Mosfet、繼電器。

其中，透過開關單元(44)的使用，讓電池管理系統(7)利用開關單元(44)，來控制供電與否，使本新型能正常的運作。

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，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)。

其次，透過彈簧(45)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。

再者，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。

另外，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，所述放電端(46)其是由，至少一設於該負極金屬導電層(42)一側，並與串聯金屬導電層(43)相鄰的放電端A(47)：及至少一設於該串聯金屬導電層(43)一側，並與放電端A(47)對應的放電端B(48)所組成。

其中，設置放電端A(47)與放電端B(48)，利用靜電特性，使正、負電荷離子分別集中放電端A(47)與放電端B(48)，當電荷離子達到一定值，會發生靜電中和，使電荷離子消除，來防止靜電發生。

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。

如第6圖、第7圖、第8圖所示，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，本新型在金屬導電層組(4)上裝設放電端(46)，在高壓靜電防護上有良好的效果，也解決在移動使中因接地線無法有效接地所造成電荷無法釋出問題，而且不再需要加裝絕緣層與接地線使其成本降低，也延長本新型的使用壽命，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新型的構造、特徵及作用效果，由於符合新穎及進步性要件，遂爰依法提出新型專利申請；惟以上所述僅為本新型之較佳實施例，但本新型不以圖面所示限定實施範圍，因此舉凡與本新型意旨相符的修飾性變化，只要在均等範圍內都應涵屬於本新型專利範圍內。