TWI492439B - 充電電池模組 - Google Patents

Description

充電電池模組

本發明係關於一種充電電池模組。特別是關於一種具有固定結構及散熱功能的充電電池模組。

充電電池廣泛地應用於許多產品中，諸如筆記型電腦、平板電腦、行動電話，甚至是大型電動車與機器人。由於前述裝置的內部空間有限，如何安置充電電池組(或電池芯)，防止因為震盪而有充電電池組(電池芯)脫落，並確保運作時散熱能有效進行，對於設計這些裝置的工程師來說，一直是需要按個別情況，隨時注意解決的問題。

回顧習知技術，有許多方式值得參考。請見第1圖，美國專利第6,465,123號提出一種箱狀充電電池模組1，其由一上蓋(未繪示)、一底版11及多個固定結構12所構成。固定結構12具有多個相連半圓弧結構，其半圓弧剛好可以容置半個充電電池芯20。底版11上也有相應的半圓弧結構，固定結構12的半圓弧結構與底版11相應的半圓弧結構結合，可以固定數個充電電池芯20。此外，兩個固定結構12的半圓弧結 構相結合，也能另外固定數個充電電池芯20。如此，多層的充電電池芯20組成了電池模組1的主要部分。最後將上蓋(未繪示)與底版11結合，電池模組1就形成了。許多電池模組採用了相似於本案的結構來製造，但明顯的缺點就是這樣的結構需要依照不同的應用主體(設備)，開不同的模具。成本考量下，不甚經濟。此外，其散熱效果也有限。

又如第2圖所示，另一習知技術提供了一種電池模組3，包含了：第一電池托架31、第二電池托架32以及液冷散熱模組33，每一電池托架31、32具有複數個鏤空容置部34，以對應容置複數個電池單元40；液冷散熱模組33包含：入口流道331、出口流道332、具有流道的流道板333以及連接於流道板333兩相對側之第一連接構件334、第二連接構件335；其中，第一電池托架31與第二電池托架32可相互堆疊設置，且第一電池托架31與第二電池托架32之間設置流道板333，其兩相對側則以第一連接構件334與第二連接構件335分別固定之，當冷卻液體自入口流道331流入後，輸入流道板333之流道，將電池托架31與32中之電池單元40產生之熱能攜走，並輸送至另一側之第二連接構件335，再由出口流道332流出。

前述之電池模組3確實能因為液冷散熱模組33的設計，使得電池單元40運作時產生的熱量，能有效且快速地傳導至電池模組3外。但因為結構上多了液冷散熱模組33，除了增加電池模組3的建置成本外，組裝上亦費時耗工。

是故，一種充電電池模組，具有較低成本與易組裝性，在運作時能有效散熱，且又能固定其內部電池芯，亟待業界努力研發。

已知之充電電池模組，存在著散熱不易與價格偏高的問題。此外，為了便於固定其內的充電電池芯及強化散熱，充電電池模組的組裝非常不便。

因此，需要研發具有較低成本與易組裝性，在運作時能有效散熱，且又能固定其內部電池芯的充電電池模組。本發明的充電電池模組即具上述特點。

依照本發明的一種態樣，一種充電電池模組，包含：複數個充電電池芯，具有一致的外型且以相同方向排列，彼此以串聯或並聯方式連接以提供電力；二端部固定結構，每一包含：複數個端部容置部，形成於同一平面上，每一端部容置部包括至少一個限位結構，設置於該端部容置部末端，以容置該充電電池芯之一端並限制充電電池芯移動不能超出該限位結構；及一端部固定管，形成於該複數個端部容置部之間；一中間固定結構，包含：複數個中空部，形成於同一平面上，每一中空部的截面形狀實質近似但略大於充電電池芯的截面形狀，用以固定該充電電池芯；及複數個固定槽，每一固定槽形成於中間固定結構之一側；複數個導熱棒，每一導熱棒固定於至少一個固定槽中，用以將充電電池芯產生 的熱量，經由該中間固定結構傳導出；一螺栓；及一螺帽。該二端部固定結構反向設置，該螺栓穿過一端部固定管、中間固定結構而至另一端部固定管，藉由結合該螺帽而固定該充電電池模組，該充電電池芯藉由二端部固定結構之端部容置部的限位結構而沿該螺栓的軸向固定。

依照本發明的構想，該端部容置部的末端開口，以讓一電極露出。

依照本發明的構想，該端部固定結構進一步包含一螺帽容置部，用以於該螺栓與螺帽結合時，容置該螺帽。

依照本發明的構想，該中間固定結構進一步包含一固定孔，容置該二端部固定管的末端部分，用以固定該二端部固定管。

依照本發明的構想，該端部固定結構由熱固性塑膠或金屬材料製成。

依照本發明的構想，該中間固定結構由熱固性塑膠或金屬材料製成。

依照本發明的構想，該導熱棒的剖面結構為圓形、正方形或正六角形。

依照本發明的構想，該導熱棒由金屬或合金所製成。

依照本發明的構想，該金屬為鋁、黃銅或紅銅。

本發明所提供的充電電池模組，可在正常運作 下，有效的進行散熱，並固定充電電池芯，免於因晃動而造成充電電池芯散落的情形。其材料精簡，價格相對一般充電電池模組便宜。又該充電電池模組易於組裝，且方便藉導熱棒連成充電電池模組網絡。

1‧‧‧充電電池模組

11‧‧‧底版

12‧‧‧固定結構

20‧‧‧充電電池芯

3‧‧‧電池模組

31‧‧‧第一電池托架

32‧‧‧第二電池托架

33‧‧‧液冷散熱模組

331‧‧‧入口流道

332‧‧‧出口流道

333‧‧‧流道板

334‧‧‧第一連接構件

335‧‧‧第二連接構件

34‧‧‧容置部

40‧‧‧電池單元

50‧‧‧充電電池模組

51‧‧‧充電電池芯

511‧‧‧電極

52‧‧‧端部固定結構

521‧‧‧容置部

5211‧‧‧限位結構

522‧‧‧端部固定管

523‧‧‧螺帽容置部

53‧‧‧中間固定結構

531‧‧‧中空部

532‧‧‧固定槽

533‧‧‧固定孔

54‧‧‧導熱棒

55‧‧‧螺栓

56‧‧‧螺帽

第1圖為一種箱狀充電電池模組前案的立體圖。

第2圖為一電池模組前案的分解圖。

第3圖為依照本發明之一充電電池模組的立體圖。

第4圖為該充電電池模組的分解圖。

第5圖顯示該充電電池模組的一種組合方式。

第6圖為該組合方式的立體圖。

第7圖為該充電電池模組之另一組合方式的立體圖。

本發明將藉由參照下列的實施例而更具體地描述。

請參閱第3圖至第7圖。第3圖為依照本發明之一充電電池模組的立體圖。第4圖為該充電電池模組的分解圖。第5圖顯示該充電電池模組的一種組合方式。第6圖為該組合方式的立體圖。第7圖為該充電電池模組之另一組合方式的立 體圖。

一充電電池模組50可由以下裝置組成：8個充電電池芯51、2個端部固定結構52、1個中間固定結構53、2個導熱棒54、1個螺栓55與1個螺帽56。應當注意的是，本實施例是依照一種電源需求所設計的。實作上，依照不同的需求，該充電電池模組50可以設有二個以上的充電電池芯51，並不限定於8個。

該8個充電電池芯51，具有一致的外型且以相同方向排列，常用者如18650鋰充電電池。如第3圖所示，充電電池芯51是以兩列，每列4個的方式排列。排列的方式不限定於此，可隨著充電電池芯數量而變。舉例而言，如果充電電池芯數目是16個，排列方式可以是4列，每列4個，或者2列，每列8個。在設計上，最好充電電池芯排列於同一平面上，以減少組裝時的空間浪費。充電電池芯51彼此可以串聯或並聯方式連接，提供一特定電力。由於本發明並不涉及充電電池芯的連接方式，凡能達成單位充電電池組能提供的電量之設計，皆可做為充電電池芯51的連接方式。故，各圖示中並不繪示充電電池芯51的連接線路。

2個端部固定結構52各包含8個端部容置部521、1個端部固定管522與1個螺帽容置部523。8個端部容置部521形成於同一平面上，每一端部容置部521包括至少一個限位結構5211(第4圖圓圈顯示處)，設置於該端部容置部521末端。端 部容置部521用來容置該充電電池芯51之一端。限位結構5211還可限制充電電池芯51的移動，不能超出該限位結構5211。端部容置部521的末端開口，以讓一電極511露出，便於充電電池芯51間電連接。本實施例中所繪示在每端部容置部521末端的限位結構5211數量是4個。依照本發明的精神，其數量並不限於4個。只要能達到限制充電電池芯51移動的目的，任何數量都可以。

該端部固定管522形成於8個端部容置部521之中央部分。由於端部固定管522是便於螺栓55與螺帽56固鎖，端部固定管522的位置要在8個端部容置部521平面的質心部分較佳，以避免應力分布不均。但若因為充電電池模組50裝設的設備有輔助裝置，端部固定管522不設在端部容置部521平面的質心部分也可以。又，依照本發明的精神，端部固定管522的數量不限於本實施例中的1個，只要能達到穩固充電電池模組50的目的，數個端部固定管522可以設在端部固定結構52上。但要注意的是，螺栓55與螺帽56的數量也要因應增加。螺帽容置部523是用來在螺栓55與螺帽56結合時，容置該螺帽56。

材料方面，端部固定結構52可由熱固性塑膠或金屬材料製成。熱固性塑膠方面，ABS塑膠料是較佳；金屬方面，鋁或鋁合金較佳。

中間固定結構53包含了8個中空部531、12個固定 槽532與1個固定孔533。中空部531的數量跟充電電池芯51數量是一致的，排列方式與位置同端部容置部521的安排方式。8個中空部531形成於同一平面上，每一中空部531的截面形狀實質近似但略大於充電電池芯51的截面形狀。這樣一來，充電電池芯51恰可以置入中空部531，可以到固定的作用，充電電池芯51頂多只能在置入中空部531後，沿軸向移動。

由第3圖與第4圖中可以清楚地發現，12個固定槽532，每一固定槽532形成於中間固定結構52之一側。因為中間固定結構53的形狀是近似長方形的，所以固定槽532的安排是4個在前側，4個在後側，2個在左側，2個在右側。由於固定槽532的用途是與導熱棒54固定之用，固定槽532的設置是在最外部，以能接觸導熱棒54的位置為佳。值得注意的是，依照本發明的精神，每一側固定的導熱棒54數量不限於一個。為了充電電池模組50整體的穩定性及散熱考量，某一側或所有側面固定2根以上的導熱棒54也可以。因此固定槽532的數量會增加，同側也會有多層的設置。

固定孔533是用來容置2個端部固定管522的末端部分，是故，可以用來固定2個端部固定管522。

材料方面，中間固定結構53可由熱固性塑膠或金屬材料製成。熱固性塑膠方面，ABS塑膠料是較佳；金屬方面，鋁或鋁合金較佳。

每一導熱棒54固定於至少一個固定槽532中，用 以將充電電池芯51產生的熱量，經由該中間固定結構53傳導出，到充電電池模組50的外部，進行散熱。本實施例中，導熱棒54的剖面結構為圓形。但正方形或正六角形也可以被使用。導熱棒54由金屬或合金所製成，較佳地，該金屬可以是鋁、黃銅或紅銅。

螺栓55與螺帽56是用來固鎖充電電池模組50結構的，其方式請參照第4圖與下方的描述。2個端部固定結構52反方向設置。螺栓55穿過一固定管522、中間固定結構53而至另一固定管522。藉由結合螺栓55與螺帽56，充電電池模組50因而固定。充電電池芯51藉由2個端部固定結構52之端部容置部521的限位結構5211而沿該螺栓55的軸向固定。

本發明所提供的充電電池模組，可以一個以上的模組，共用其導熱棒來做連結，已形成更大的充電電池模組網路。請見第5圖與第6圖，3個充電電池模組50，共用三個導熱棒54橫向連接及進行散熱，形成了兩層(上一下二)的充電電池模組網路。又本實施例的應用可藉三個導熱棒54縱向連接及進行散熱(第7圖)，形成兩列(左二右一)的充電電池模組網路。

雖然本發明已以實施例揭露如上，然其並非用以限定本發明，任何所屬技術領域中具有通常知識者，在不脫離本發明之精神和範圍內，當可作些許之更動與潤飾，因此本發明之保護範圍當視後附之申請專利範圍所界定者為準。

50‧‧‧充電電池模組

51‧‧‧充電電池芯

52‧‧‧端部固定結構

53‧‧‧中間固定結構

54‧‧‧導熱棒

511‧‧‧電極

532‧‧‧固定槽

Claims (9)

1. 一種充電電池模組，包含：複數個充電電池芯，具有一致的外型且以相同方向排列，彼此以串聯或並聯方式連接以提供電力；二端部固定結構，每一包含：複數個端部容置部，形成於同一平面上，每一端部容置部包括至少一個限位結構，設置於該端部容置部末端，以容置該充電電池芯之一端並限制充電電池芯移動不能超出該限位結構；及一端部固定管，形成於該複數個端部容置部之間；一中間固定結構，包含：複數個中空部，形成於同一平面上，每一中空部的截面形狀實質近似但略大於充電電池芯的截面形狀，用以固定該充電電池芯；及複數個固定槽，每一固定槽形成於中間固定結構之一側；複數個導熱棒，每一導熱棒固定於至少一個固定槽中，用以將充電電池芯產生的熱量，經由該中間固定結構傳導出；一螺栓；及一螺帽，其中，該二端部固定結構反向設置，該螺栓穿過一端部固定管、中間固定結構而至另一端部固定管，藉由結合 該螺帽而固定該充電電池模組，該充電電池芯藉由二端部固定結構之端部容置部的限位結構而沿該螺栓的軸向固定。
2. 如申請專利範圍第1項所述之充電電池模組，其中該端部容置部的末端開口，以讓一電極露出。
3. 如申請專利範圍第1項所述之充電電池模組，其中該端部固定結構進一步包含一螺帽容置部，用以於該螺栓與螺帽結合時，容置該螺帽。
4. 如申請專利範圍第1項所述之充電電池模組，其中該中間固定結構進一步包含一固定孔，容置該二端部固定管的末端部分，用以固定該二端部固定管。
5. 如申請專利範圍第1項所述之充電電池模組，其中該端部固定結構由熱固性塑膠或金屬材料製成。
6. 如申請專利範圍第1項所述之充電電池模組，其中該中間固定結構由熱固性塑膠或金屬材料製成。
7. 如申請專利範圍第1項所述之充電電池模組，其中該導熱棒的剖面結構為圓形、正方形或正六角形。
8. 如申請專利範圍第1項所述之充電電池模組，其中該導熱棒由金屬或合金所製成。
9. 如申請專利範圍第8項所述之充電電池模組，其中該金屬為鋁、黃銅或紅銅。