TWI492441B - 電流匯流構造 - Google Patents

Description

電流匯流構造

本發明是有關鋰電池模組的電流匯流構造，特別是一種可雙邊出力並且令各個鋰電池的工作狀態平衡且耗損一致的電流匯流構造。

由於可充電式鋰電池(又稱二次電池)具有高工作電壓(3.4~3.8 Volt)、大能量密度(>185 Wh/Kg)、重量輕、壽命長及環保的優點，目前已大量應用於3C電子產品，例如：行動電話(Mobile Phone)、筆記型電腦(NB/PC)、平板電腦(Tablet PC)、攝影機(Camcorder)以及數位相機(Digital Camera)。根據IIT2009年的統計預估，全球鋰電池銷售量約達30.5億顆，根據統計其中銷售出的全球鋰電池約有44%使用於行動電話及手持裝置、約有31.4%使用於筆記型電腦，以及約5.5%用在其他消費性電子產品，此三種產品使用的鋰電池約佔市售量的80%。近年來，為了因應溫室效應造成全球氣候異常的問題，以及降低對石油的依賴等因素，全球各主要國家及汽車製造商無不積極地發展低污染與低(/零)油耗的油電混合車(或稱混合動力車輛)，由於油電混合車的市場逐漸成熟，也促成鋰電池產業在上述產品領域之外的需求量大增。

一般3C產品的工作電壓較低，而且為了減輕重量和體積，通常只需要使用單一個或是數個串聯或並聯在一起的鋰電 池(Battery 40)即可提供足夠的電力。相對而言，油電混合車則需要較大的工作電壓和足夠的電容量，才能供應車輛行駛所需的足夠電力；應用於油電混合車的鋰電池電源，是一種由許多彼此串聯或並聯的鋰電池所組成的鋰電池模組(Battery Pack)，平均一台電動車動輒需要上千顆串聯與並聯起來的鋰電池；基於車輛安全性的要求，對於鋰電池模組的組裝品質及其安全性的要求更甚於一般3C產品所使用的鋰電池。

鋰電池在經過反覆的充電與放電之後，不同的鋰電池之間會發生壓差和儲電量不同等等性能不一致的問題，如何能安全和有效的利用鋰電池模組以及延長其用壽命，一直是鋰電池相關產業共同努力的目標；為了達成上述的目標，一種習知的技術是在鋰電池模組設置一電池管理系統(BMS)，用以管理與監控鋰電池模組中每一個鋰電池在充電和放電過程的效能參數，例如：溫度、電壓、電流和儲電量，透過主動平衡方法或是被動平衡方法減少各個鋰電池之間性能不一致的現象，進而避免發生包含：過度充電、過熱、儲電量失衡的問題；利用電池管理系統對鋰電池模組進行安全管理與監控，雖然是一種能安全和有效的利用鋰電池模組以及延長其用壽命的解決手段，但其並非唯一的一種技術方案，而且電池管理系統涉及了許多較為複雜的管理與監控技術，除了具有相當的技術難度也需耗費較大的成本，透過重新設計鋰電池模組的硬體結構，也是另一種有助於安全和有效的利用鋰電池模組以及延長其用 壽命的解決手段。

有鑑於鋰電池模組在應用上的效能和安全性的需求，本發明提出了一種鋰電池模組的電流匯流構造，適用於包含第一電池堆和第二電池堆的鋰電池模組，可雙邊出力令各個鋰電池的工作狀態平衡且耗損一致。

本發明鋰電池模組的電流匯流構造的一種實施例構造，包括：第一並聯匯流柵，以並聯的關係和第一電池堆的每一個鋰電池的正極電性連接，並具有至少二個第一匯流排作為正極的電流出力端；第二並聯匯流柵，以並聯的關係和第二電池堆的每一個鋰電池的負極電性連接，並具有至少二個第二匯流排作為負極的電流出力端；串聯匯流柵，電性連接第一電池堆的負極和第二電池堆的正極，用以將第一電池堆和第二電池堆串聯。藉由上述的電流匯流構造令鋰電池模組的正極透過二個第一匯流排輸出電流，鋰電池模組的負極透過二個第二匯流排輸出電流，透過雙邊出力平衡鋰電池的電流出力，進而具有平衡工作狀態、耗損一致以及可大電流出力的功效。

依據本發明的一實施例，其中的第一並聯匯流柵包含第一並聯排和二個第一匯流排，第一並聯排以並聯的關係和第一電池堆的每一個鋰電池的正極電性連接，第一並聯排的兩端分別和二個第一匯流排電性連接，令第一電池堆可以透過二個第一匯流排實現雙邊出力。

依據本發明的一實施例，其中的第二並聯匯流柵包含第二並聯排和二個第二匯流排，第二並聯排以並聯的關係和第二電池堆的每一個鋰電池的負極電性連接，第二並聯排的兩端分別和二個第二匯流排電性連接，令第二電池堆可以透過二個第二匯流排實現雙邊出力。

依據本發明的一實施例，其中的串聯匯流柵包含第一並聯板、第二並聯板和二個串聯匯流板，第一並聯板以並聯的關係和第一電池堆的每一個鋰電池的負極電性連接，第二並聯板以並聯的關係和第二電池堆的每一個鋰電池的正極電性連接，第一並聯板的兩端分別和二個串聯匯流板電性連接，第二並聯板的兩端分別和二個串聯匯流板電性連接。

本發明在另一方面還提出了一種具有散熱結構的鋰電池模組的電流匯流構造，可增加散熱面積並具有導引散熱氣流的功效。為達上述的功效，其中散熱結構的一種實施例，包括設於第一並聯匯流柵和第二並聯匯流柵的穿孔以及位於穿孔邊緣的延伸部，穿孔和延伸部設置於散熱氣流的流路，可以增加散熱面積並具有導引散熱氣流的效果。

請參閱第1圖，本發明鋰電池模組的電流匯流構造，適用於一種包含第一電池堆BP1和第二電池堆BP2的鋰電池模組，其中第一電池堆BP1包含數個第一並聯堆BP1-1，每一個第一並聯堆BP1-1包含數個鋰電池40(或稱鋰電池罐)，依據鋰 電池模組的規格，通常包含數個彼此並列的第一並聯堆BP1-1；第二電池堆BP2包含數個第二並聯堆BP2-1，每一個第二並聯堆BP2-1同樣包含數個鋰電池40，依據鋰電池模組的規格，通常包含數個彼此並列的第二並聯堆BP2-1。

請參閱第1圖至第3圖，其中揭示本發明鋰電池模組的電流匯流構造的一種實施例，包括：

第一並聯匯流柵10，以並聯的關係和第一電池堆BP1的每一個鋰電池40的正極電性連接，並具有至少二個第一匯流排11a和11b作為正極的電流出力端。

第二並聯匯流柵20，以並聯的關係和第二電池堆BP2的每一個鋰電池40的負極電性連接，並具有至少二個第二匯流排21a和21b作為負極的電流出力端。

串聯匯流柵30，電性連接第一電池堆BP1的負極和第二電池堆BP2的正極，用以將第一電池堆BP1和第二電池堆BP2串聯；藉由上述的電流匯流構造令鋰電池模組的正極透過二個第一匯流排11a和11b輸出電流，鋰電池模組的負極透過二個第二匯流排21a和21b輸出電流，透過雙邊出力平衡鋰電池的電流出力，進而具有平衡工作狀態、耗損一致以及可大電流出力的功效。

本發明的第一並聯匯流柵10、第二並聯匯流柵20以及串聯匯流柵30係由導電金屬材料製造，用以構成傳輸電流的電流匯流柵(Bus-bar)，其中的一較佳實施例是由扁平狀的銅片製 造，透過寬扁形狀的結構可以忍受更高的電流輸出，並且具有減緩熱生成及提供快速導熱的功效，進而避免熱堆積。

依據本發明的一實施例，其中的第一並聯匯流柵10包含第一並聯排12和二個第一匯流排11a和11b，第一並聯排12以並聯的關係和第一電池堆BP1的每一個鋰電池40的正極電性連接，二個第一匯流排11a和11b分別設於第一電池堆BP1的相對兩側，並藉由第一連接排13電連接，第一並聯排12的兩端分別和二個第一匯流排11a和11b電性連接，因此，任一個第一並聯堆BP1-1的每一個鋰電池40，能夠透過第一並聯排12再經由二個第一匯流排11a和11b之中最近的一者輸出電流，令第一電池堆BP1可以透過二個第一匯流排11a和11b實現雙邊出力；其中依據鋰電池模組的規格，通常包含數個彼此並列的第一並聯堆BP1-1，每一個第一並聯堆BP1-1之每一個鋰電池40的正極以並聯的關係和第一並聯排12電性連接(例如焊接)，因此，第一並聯排12和第一並聯堆BP1-1的數量互相對應。

依據本發明的一實施例，其中的第二並聯匯流柵20包含第二並聯排22和二個第二匯流排21a和21b，第二並聯排22以並聯的關係和第二電池堆BP2的每一個鋰電池40的負極電性連接，二個第二匯流排21a和21b分別設於第二電池堆BP2的相對兩側，並藉由第二連接排23電連接，第二並聯排22的兩端分別和二個第二匯流排21a和21b電性連接，因此，任一 個第二並聯堆BP2-1的每一個鋰電池40，能夠透過第二並聯排22再經由二個第二匯流排21a和21b之中最近的一者輸出電流，令第二電池堆BP2可以透過二個第二匯流排21a和21b實現雙邊出力；其中依據鋰電池模組的規格，通常包含數個彼此並列的第二並聯堆BP2-1，每一個第二並聯堆BP2-1之每一個鋰電池40的負極以並聯的關係和第二並聯排22電性連接(例如焊接)，因此，第二並聯排22和第二並聯堆BP2-1的數量互相對應。

依據本發明的一實施例，其中的串聯匯流柵30包含第一並聯板31、第二並聯板32和二個串聯匯流板33a和33b，第一並聯板31以並聯的關係和第一電池堆BP1的每一個鋰電池40的負極電性連接(見第3圖)，第二並聯板32以並聯的關係和第二電池堆BP2的每一個鋰電池40的正極電性連接，二個串聯匯流板33a和33b分別設於鋰電池模組的相對兩側，第一並聯板31的兩端分別和二個串聯匯流板33a和33b電性連接，第二並聯板32的兩端分別和二個串聯匯流板33a和33b電性連接，因此，第一電池堆BP1的每一個鋰電池40的負極，能夠透過第一並聯板31再經由二個串聯匯流板33a和33b之中最近的一者和第二電池堆BP2的每一個鋰電池40的正極串聯；其中每一個第一並聯堆BP1-1之每一個鋰電池40的負極以並聯的關係和第一並聯板31電性連接(例如焊接)，因此，第一並聯板31和第一並聯堆BP1-1的數量互相對應；另外， 每一個第二並聯堆BP2-1之每一個鋰電池40的正極以並聯的關係和第二並聯板32電性連接(例如焊接)，因此，第二並聯板32和第二並聯堆BP2-1的數量互相對應。

本發明的一種實施例，其中第一並聯匯流柵10的第一並聯排12、第二並聯匯流柵20的第二並聯排22以及串聯匯流柵30的第一並聯板31和第二並聯板32，可以是一種由單一個銅片構成的長片式結構或是由數個分離的銅片構成的分段式結構；其中分段式結構如第3圖和第4圖所示是由數個和鋰電池40的正極或負極電性連接的銅片所構成，可促使鋰電池40構成散熱體，除了擴大總散熱面積外，也有助益於快速均熱避免因熱差異影響到鋰電池40之間的效能平衡，每一個鋰電池40的性能均一性相對提高，也能降低效能(performance)的下降。

本發明在另一方面還提出了一種具有散熱結構的鋰電池模組的電流匯流構造，可增加散熱面積並具有導引散熱氣流的功效。

為達上述的功效，其中散熱結構的一種實施例，包括設於第一並聯匯流柵10和第二並聯匯流柵20的穿孔50以及位於穿孔50之邊緣的延伸部51(見第5圖)，穿孔50可以藉由沖壓的技術產生，再將穿孔50之邊緣的銅片彎折形成延伸部51，其中穿孔50和延伸部51設置於散熱氣流的流路，可以增加散熱面積並具有導引散熱氣流的效果。在本發明的一實施例中， 穿孔50的設置係如第5圖所示，位置包括：第一並聯排12的兩端分別靠近二個第一匯流排11a和11b的位置、第二並聯排22的兩端分別靠近二個第二匯流排21a和21b的位置、第一匯流排11a本體上、第二匯流排11b本體上，當散熱氣流由鋰電池堆的一側通過鋰電池40之間的間隙(這些間隙即為散熱氣流的流路)流向鋰電池堆的另一側時，可藉由穿孔50增加散熱效果。

雖然本發明的技術內容已經以較佳實施例揭露如上，然其並非用以限定本發明，任何熟習此技藝者，在不脫離本發明之精神所作些許之更動與潤飾，皆應涵蓋於本發明的範疇內，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。

10‧‧‧第一並聯匯流柵

11a‧‧‧第一匯流排

11b‧‧‧第一匯流排

12‧‧‧第一並聯排

13‧‧‧第一連接排

20‧‧‧第二並聯匯流柵

21a‧‧‧第二匯流排

21b‧‧‧第二匯流排

22‧‧‧第二並聯排

23‧‧‧第二連接排

30‧‧‧串聯匯流柵

31‧‧‧第一並聯板

32‧‧‧第二並聯板

33a‧‧‧串聯匯流板

33b‧‧‧串聯匯流板

40‧‧‧鋰電池

50‧‧‧穿孔

51‧‧‧延伸部

BP1‧‧‧第一電池堆

BP2‧‧‧第二電池堆

BP1-1‧‧‧第一並聯堆

BP2-1‧‧‧第二並聯堆

第1圖，為本發明的一種實施例構造圖，顯示鋰電池模組的電流匯流構造。

第2圖，為本發明的一種實施例的局部構造圖，顯示第一並聯匯流柵的構造。

第3圖，為本發明的一實用例示意圖，顯示鋰電池模組的電流匯流構造安裝於鋰電池模組的情形。

第4圖，為本發明的一種實施例的局部構造圖，顯示第一並聯匯流柵及串聯匯流柵和鋰電池模組電性連接的構造。

第5圖，為本發明的另一實用例示意圖，顯示散熱結構之穿孔和延伸部的構造。

10‧‧‧第一並聯匯流柵

11a‧‧‧第一匯流排

12‧‧‧第一並聯排

13‧‧‧第一連接排

30‧‧‧串聯匯流柵

31‧‧‧第一並聯板

33a‧‧‧串聯匯流板

40‧‧‧鋰電池

BP1‧‧‧第一電池堆

BP1-1‧‧‧第一並聯堆

Claims (11)

1. 一種電流匯流構造，適用於包含一第一電池堆和一第二電池堆的一鋰電池模組，包括：一第一並聯匯流柵，以並聯的關係和該第一電池堆的每一個鋰電池的正極電性連接，並具有至少二個第一匯流排作為正極的電流出力端；該第一並聯匯流柵包含一第一並聯排與二個第一匯流排，該第一並聯排以並聯的關係和該第一電池堆之每一鋰電池的正極電性連接，該第一並聯排的兩端分別和該二個第一匯流排電性連接，該二個第一匯流排分別設於該第一電池堆的相對兩側；一第二並聯匯流柵，以並聯的關係和該第二電池堆的每一個鋰電池的負極電性連接，並具有至少二個第二匯流排作為負極的電流出力端；以及一串聯匯流柵，電性連接該第一電池堆的負極和該第二電池堆的正極，用以將該第一電池堆和該第二電池堆串聯。
2. 如請求項1所述之電流匯流構造，其中該第一並聯匯流柵、該第二並聯匯流柵以及該串聯匯流柵係由扁平狀的銅片製造。
3. 如請求項1所述之電流匯流構造，其中該第一並聯排係由單一個銅片所構成或是由複數個銅片相互連接所構成。
4. 如請求項1所述之電流匯流構造，其中該第二並聯匯流柵包含一第二並聯排和二個第二匯流排，該第二並聯排以並聯的關係和該第二電池堆之每一鋰電池的負極電性連接，該第二並聯排 的兩端分別和該二個第二匯流排電性連接，該二個第二匯流排分別設於該第二電池堆的相對兩側。
5. 如請求項4所述之電流匯流構造，其中該第二並聯排係由單一個銅片所構成或是由複數個銅片相互連接所構成。
6. 如請求項1所述之電流匯流構造，其中該串聯匯流柵包含一第一並聯板、一第二並聯板和二個串聯匯流板，該第一並聯板以並聯的關係和該第一電池堆的每一個鋰電池的負極電性連接，該第二並聯板以並聯的關係和該第二電池堆的每一個鋰電池的正極電性連接，該二個串聯匯流板和分別設於該鋰電池模組的相對兩側，該第一並聯板的兩端分別和該二個串聯匯流板電性連接，該第二並聯板的兩端分別和該二個串聯匯流板電性連接。
7. 如請求項6所述之電流匯流構造，其中該第一並聯板和該第二並聯板可以是一種由單一個銅片構成的長片式結構或是由數個分離的銅片構成的分段式結構。
8. 如請求項1所述之電流匯流構造，其中還包括設於該第一並聯匯流柵和該第二並聯匯流柵的一穿孔以及位於該穿孔邊緣的一延伸部，該穿孔和該延伸部設置於散熱氣流的流路。
9. 如請求項8所述之電流匯流構造，其中該穿孔的設置位置包括：該第一並聯排的兩端分別靠近該二個第一匯流排的位置、該第二並聯排的兩端分別靠近該二個第二匯流排的位置。
10. 一種電流匯流構造，適用於包含一第一電池堆和一第二電池堆的一鋰電池模組，包括： 一第一並聯匯流柵，以並聯的關係和該第一電池堆的每一個鋰電池的正極電性連接，並具有至少二個第一匯流排作為正極的電流出力端；一第二並聯匯流柵，以並聯的關係和該第二電池堆的每一個鋰電池的負極電性連接，並具有至少二個第二匯流排作為負極的電流出力端；該第二並聯匯流柵包含一第二並聯排和二個第二匯流排，該第二並聯排以並聯的關係和該第二電池堆之每一鋰電池的負極電性連接，該第二並聯排的兩端分別和該二個第二匯流排電性連接，該二個第二匯流排分別設於該第二電池堆的相對兩側；以及一串聯匯流柵，電性連接該第一電池堆的負極和該第二電池堆的正極，用以將該第一電池堆和該第二電池堆串聯。
11. 一種電流匯流構造，適用於包含一第一電池堆和一第二電池堆的一鋰電池模組，包括：一第一並聯匯流柵，以並聯的關係和該第一電池堆的每一個鋰電池的正極電性連接，並具有至少二個第一匯流排作為正極的電流出力端；一第二並聯匯流柵，以並聯的關係和該第二電池堆的每一個鋰電池的負極電性連接，並具有至少二個第二匯流排作為負極的電流出力端；以及一串聯匯流柵，電性連接該第一電池堆的負極和該第二電池堆的正極，用以將該第一電池堆和該第二電池堆串聯；該串聯匯 流柵包含一第一並聯板、一第二並聯板和二個串聯匯流板，該第一並聯板以並聯的關係和該第一電池堆的每一個鋰電池的負極電性連接，該第二並聯板以並聯的關係和該第二電池堆的每一個鋰電池的正極電性連接，該二個串聯匯流板和分別設於該鋰電池模組的相對兩側，該第一並聯板的兩端分別和該二個串聯匯流板電性連接，該第二並聯板的兩端分別和該二個串聯匯流板電性連接。