TWI524579B - 電池裝置及電池單元 - Google Patents

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TWI524579B TW103102827A TW103102827A TWI524579B TW I524579 B TWI524579 B TW I524579B TW 103102827 A TW103102827 A TW 103102827A TW 103102827 A TW103102827 A TW 103102827A TW I524579 B TWI524579 B TW I524579B
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孫瑞堂
莊宗憲
方成吉
陳文賢
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原瑞電池科技股份有限公司
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Description

電池裝置及電池單元
本發明涉及一種電池裝置，尤其涉及一種由複數電池組組合而成的電池裝置。
電池裝置，尤其是由複數電池組相互連接組合而成的電池裝置，在工作過程中會散發出大量的熱，如果不能及時散熱，就會導致電池模組的溫度升高而出現故障，故電池模組的散熱系統的設置顯得尤為重要。
然而，現有的散熱系統的設計，普遍不關心單個電池與散熱系統之間的有效熱傳導，從而導致散熱效率不佳。
有鑒於此，有必要提供一種可克服上述問題的電池單元。
有鑒於此，還有必要提供一種可克服上述問題的電池裝置。
一種電池單元，其包括殼體、容納於殼體內的多個電池，以及將該多個電池彼此電連接的電連接片組。該殼體上開設有多個散熱槽，該電池單元還包括多個絕緣導熱墊及至少一個導熱板，該導熱板包括彼此相對的導熱板外表面和導熱板內表面，該導熱板內表面上形成有多個凸塊，該絕緣導熱墊位於該散熱槽內，該導熱板安裝於該殼體上，且該凸塊伸入該散熱槽內壓緊該絕緣導熱墊 以使得該絕緣導熱墊與該電連接片組緊貼。
一種電池裝置，包括一個底座、一個設置於所述底座上的電池模組以及一個與所述電池模組相連的散熱單元。所述電池模組包括至少一個電池對結構，所述電池對結構包括兩個並排設置且相互間隔的如上所述的電池單元，所述散熱單元包括至少一個對應於所述電池對結構的導熱部，所述導熱部分別跨越所述電池對結構中的電池單元的間隔連接於所述電池對結構的導熱板上，每一個所述導熱部包括複數條狀導熱件，所述導熱件於所述電池單元的導熱板上呈發散狀態，於所述電池單元之間的間隔呈集中狀態。
相對於先前技術，本發明在電池單元的內部設置了與電池緊貼的絕緣導熱墊以及與絕緣導熱墊緊貼的導熱板，保證了電池產生的熱量可被有效的傳導到電池單元外部，從而保證了散熱的效率。
100‧‧‧電池裝置
10‧‧‧底座
11‧‧‧第一承載區
12‧‧‧第二承載區
111‧‧‧凹槽
20‧‧‧電池模組
21‧‧‧電池對結構
23‧‧‧電池單元
230‧‧‧殼體
2301‧‧‧半殼體
2302‧‧‧底壁
2303‧‧‧側壁
2304‧‧‧殼體外表面
2305‧‧‧殼體內表面
2306‧‧‧導熱板收容槽
2307‧‧‧開口端
2308‧‧‧散熱槽
2309‧‧‧散熱通孔
231‧‧‧電池
2310‧‧‧電極
232‧‧‧導熱板
2321‧‧‧導熱板外表面
2322‧‧‧導熱板內表面
2323‧‧‧鳩尾凸塊
233‧‧‧外蓋
2330‧‧‧外蓋內表面
2331‧‧‧間隔塊
2332‧‧‧導熱件收容槽
2333‧‧‧鳩尾凸塊
234‧‧‧框架
2340‧‧‧容納孔
235‧‧‧電連接片組
2350‧‧‧電連接片
236‧‧‧絕緣導熱墊
30‧‧‧散熱單元
31‧‧‧導熱部
311‧‧‧導熱件
32‧‧‧冷卻座
321‧‧‧底部
321a‧‧‧第一端壁
321b‧‧‧第二端壁
321c‧‧‧側壁
321d‧‧‧隔板
322‧‧‧上蓋
322a‧‧‧蓋體
322b‧‧‧鰭片
323‧‧‧容納空間
324‧‧‧第一通孔
325‧‧‧第二通孔
326‧‧‧第一管件接頭
327‧‧‧第二管件接頭
33‧‧‧連接部
331‧‧‧連接塊
331a‧‧‧第一連接端
331b‧‧‧第二連接端
331c‧‧‧凹陷部
331d‧‧‧第一凸起部
331e‧‧‧第二凸起部
332‧‧‧連接片
40‧‧‧液體吸附層
圖1係本發明實施方式的電池裝置的分解圖。
圖2係圖1的電池裝置的組裝示意圖。
圖3係圖1的電池裝置組裝完成後的立體圖。
圖4係圖1中的電池裝置中的電池單元的立體圖。
圖5係圖4的爆炸圖。
圖6係圖5的另一方向的爆炸圖。
圖7係圖5的VII-VII向剖視圖(相對圖5增加了導熱件)。
圖8係圖7的VIII部分放大圖。
圖9係圖5中的電池單元的半殼體的立體圖。
圖10係圖6的X部分的放大圖。
圖11係圖6的XI部分的放大圖。
下面將結合附圖對本發明作一具體介紹。
請參閱圖1-3，本發明實施方式提供的電池裝置100包括一個底座10、一個電池模組20以及一個散熱單元30。
所述底座10用於固定、承載所述電池模組20以及所述散熱單元30。所述底座10包括一個用於固定、承載所述電池模組20的第一承載區11以及一個用於固定、承載所述散熱單元30的第二承載區12。所述第二承載區12位於所述第一承載區11中部，本實施方式中，所述第二承載區12呈長條狀且相對於所述第一承載區11凸出。
所述電池模組20包括複數電池對結構21，每一個所述電池對結構21包括兩個並排間隔設置的電池單元23。所述複數電池對結構21依次疊置而構成所述電池模組20。本實施方式中，所述電池對結構21的數量為三個，當然，依據不同的需求，所述電池對結構21數量可做適當的增減變化，並不限於本實施方式。每一個所述電池單元23包括殼體230、設置於殼體230內的復數電池231(請參考圖7)、設置於殼體230前後兩端的兩個導熱板232、及覆蓋導熱板232並固定於殼體230上的兩個外蓋233。電池單元23的詳細結構將在下文予以介紹。
所述散熱單元30用於對所述電池模組20進行散熱。所述散熱單元30包括複數導熱部31、一個冷卻座32以及複數連接部33。所述導 熱部31用於導出所述電池單元23產生的熱量，本實施方式中，每一個所述電池對結構21對應兩個所述導熱部31，所述兩個導熱部31分別設置於對應電池對結構21的電池單元23的導熱板232上。每一個所述導熱部31包括複數條狀導熱件311，所述導熱件311於對應導熱部31的中部呈集中狀態，於對應導熱部31的兩端呈發散狀態。所述導熱件311由高導熱率的材料製成，如銅、鋁等。本實施方式中，所述導熱件311為具有內部熱交換功能的熱管，以更有效的對所述電池單元23散熱。應當理解，每一個所述導熱部31所包含的導熱件311的數量可以依據不同的需求而有適當變化，並不限於本實施方式。
所述冷卻座32用於導出並散去所述導熱部31上彙聚的熱量。所述冷卻座32包括一個槽狀的底部321以及一個上蓋322。所述底部321包括一個第一端壁321a、一個與所述第一端壁321a相對的第二端壁321b以及兩個與所述第一端壁321a以及所述第二端壁321b相連的側壁321c，本實施方式中，所述第一端壁321a大致與所述第二端壁321b平行，所述側壁321c大致垂直於所述第一端壁321a以及所述第二端壁321b。所述第一端壁321a、所述第二端壁321b以及所述側壁321c共同圍城一個容納空間323，所述容納空間323用於容納冷卻液(圖未示)。所述第一端壁321a上開設有一個第一通孔324以及一個第二通孔325，所述第一通孔324以及所述第二通孔325連通所述容納空間323以及所述冷卻座32外的空間。所述第一通孔324處連接有一個第一管件接頭326，所述第二通孔325處連接有一個第二管件接頭327。所述第一管件接頭326以及所述第二管件接頭327分別用於連接進液管(圖未示)以及出液管(圖未示)，以實現所述容納空間323內冷卻液的持續循環流 動。所述底部321還包括一個設置於所述容納空間323內的隔板321d，所述隔板321d連接於所述第一端壁321a上並且向所述第二端壁321b延伸一定距離，所述隔板321d朝向所述第二端壁321b的端部與所述第二端壁321b之間間隔預定距離。所述隔板321d連接於所述第一端壁321a上所述第一通孔324以及所述第二通孔325之間的位置。所述隔板321d的設置可以增加使冷卻液於所述容納空間內的流動距離，使得冷卻液能夠更充分的將傳遞至所述冷卻座32的熱量帶走，提升了冷卻液的利用率，保證了所述冷卻座32的散熱效果以及散熱效率。
所述上蓋322用於與所述底部321配合封閉所述容納空間323。所述上蓋322包括一個平板狀的蓋體322a複數與所述蓋體322a相連的鰭片322b。所述鰭片322b設置於所述蓋體322a朝向所述容納空間323的一側表面上。所述鰭片322b相互平行排列大致與所述側壁321c平行，當所述上蓋322蓋合於所述底部321上時，所述鰭片322b伸入所述容納空間323內的冷卻液內，並且所述鰭片322b中的一部分位於所述隔板321d一側，另一部分位於所述隔板321d相背的另一側。所述蓋體322a以及所述鰭片322b均採用高導熱率的材料製成，本實施方式中，所述蓋體322a以及所述鰭片322b的材料相同且一體成型。所述鰭片322b的設置可以將容納空間323內流動的冷卻液分割成複數冷卻液流束，使得冷卻液能夠更均勻地帶走傳導至所述冷卻座32的熱量，進一步提升了冷卻液的利用率，保證了所述冷卻座32的散熱效果以及散熱效率。
所述連接部33用於連接所述導熱部31以及所述冷卻座32，以將所述導熱部31的熱量傳導至所述冷卻座32。所述連接部33的數量對 應於所述電池對結構21的數量。每一個所述連接部33包括一個導熱連接塊331以及兩個連接片332。所述連接塊331包括一個第一連接端331a以及一個與所述第一連接端331a相背的第二連接端331b。本實施方式中，所述第一連接端331a以及所述第二連接端331b中間具有一個凹陷部331c，使得所述連接塊331大致呈U形，當然，所述連接塊331也可以為其他形狀，不限於U形。所述第一連接端331a的端面上相對的兩個邊緣處分別形成一個第一凸起部331d，所述第二連接端331b的端面上相對的兩個邊緣處分別形成一個第二凸起部331e，所述第一凸起部331d與所述第二凸起部331e相互平行並且平行於所述電池對結構21中兩個電池單元23的排列方向。所述兩個連接片332分別用於連接所述第一連接端331a以及所述第二連接端331b。所述連接片332可以採用螺釘、螺栓(圖未示)等連接件連接於所述第一連接端331a以及所述第二連接端331b。
所述電池裝置100還包括複數設置於所述底座10以及所述電池模組20之間的液體吸附層40，所述液體吸附層40能夠吸附所述電池模組20內電池單元23可能洩漏的電解液，防止電解液洩漏至電池裝置100外部造成污染。所述液體吸附層40採用高分子吸液材料，例如海綿或者泡棉。本實施方式中，每一個所述液體吸附層40呈長條狀，且長度方向與所述電池對結構21的疊置方向平行。可以理解，所述液體吸附層40的數量以及形狀可作其他適當的變化。作為對應，所述底座10的所述第一承載區11形成複數用於收容所述液體吸附層40的凹槽111。
請參考圖4-11，其揭示了電池單元23的結構。每個電池單元23除 包括上述的殼體230、復數電池231、兩個導熱板232、及兩個外蓋233之外，還包括框架234、電連接片組235、及多個絕緣導熱墊236。
由於電池單元23在其前後兩端的結構是對稱的，因此圖5、6只分解了位於電池單元23一端的結構，可以理解的是，在電池單元23的另一端也具有和被分解的一端相同的元件和結構。
框架234上開有多列容納孔2340，電池231容納於框架234上的容納孔2340內並相應的排列成多列。不同列之間的電池231是錯位排列的，這樣相同面積的框架234上可以容納更多的電池231。由於以框架固定電池是本領域人員所熟知的，在此對框架234的詳細結構不做介紹。
電池231的兩個電極2310從容納孔2340伸出並暴露於框架234外。兩個電極2310分別是電池231的正極和負極。
電連接片組235包括多個電連接片2350，電連接片2350的材料為導電導熱金屬，在本實施方式中，電連接片2350的材料為銅合金。電連接片2350焊接於電極2310上，從而將不同的電池231連接起來(包括同一列電池231之間的串聯和不同列電池231之間的並聯)。電池231產生的熱量會通過電池231的外殼和電極2310傳導到電連接片2350上。
絕緣導熱墊236呈長條狀，每個絕緣導熱墊236對應一列電池231的一極，亦即，每列電池231的相對兩個電極2310對應兩個絕緣導熱墊236。絕緣導熱墊236以導熱良好且絕緣的材料，例如矽膠製成。絕緣導熱墊236貼附於電連接片2350上，以吸收電連接片 2350傳遞的熱量。
上述的框架234、電池231、電連接片組235、絕緣導熱墊236收容於殼體230內。該殼體230的材料為塑膠，該殼體230由兩個半殼體2301組成，該兩個半殼體2301的形狀彼此互補，從而當組裝在一起後，可組成一完整的殼體230。兩個半殼體2301通過適當的連接件，例如螺釘，彼此相連並與框架234固定連接。
每個半殼體2301包括一底壁2302以及從底壁垂直延伸的側壁2303。底壁2302包括彼此相對的殼體外表面2304及殼體內表面2305，其中，殼體外表面2304相對遠離框架234及電池231，而殼體內表面2305相對接近框架234及電池231。殼體外表面2304上形成有導熱板收容槽2306。該導熱板收容槽2306在一個方向上穿透側壁2303，而在其他方向上為側壁2303所阻擋，即，該導熱板收容槽2306具有一個穿透側壁2303的開口端2307。該底壁2302上還形成有多個穿透該殼體內表面2305並與導熱板收容槽2306相通的條狀的散熱槽2308，在本實施方式中，該散熱槽2308為鳩尾槽，散熱槽2308的延伸方向垂直開口端2307所在的側壁2303，且散熱槽2308在開口端2307穿透側壁2303。散熱槽2308在與導熱板收容槽2306相通的一側較小，而在靠近殼體內表面2305的一側較大。每個散熱槽2308對應一個絕緣導熱墊236，絕緣導熱墊236容納於散熱槽2308靠近殼體內表面2305的一側且與散熱槽2308對應部分上的尺寸一致。在底壁2302上每兩個散熱槽2308之間還形成有多個條狀的散熱通孔2309。散熱通孔2309不僅使得半殼體2301的重量變輕，同時也起到散熱的作用，電池231產生的熱量中沒有傳遞到絕緣導熱墊236的部分可以通過散熱通孔2309散發。
導熱板232大致呈平板狀，每個導熱板232對應電池單元23的一端。導熱板232安裝於殼體230上並且與多個絕緣導熱墊236緊貼，以傳導從絕緣導熱墊236的熱量。由於絕緣導熱墊236是絕緣的，所以，導熱板232可以由導熱性良好但導電墊金屬材料製作，以增強導熱板232的結構強度，同時也不會引起電池231的短路。在本實施方式中，導熱板232為鋁板。
導熱板232包括彼此相對的導熱板外表面2321和導熱板內表面2322。其中，導熱板2321為平坦的表面，導熱板內表面2322上凸出形成有多個與散熱槽2308適配的鳩尾凸塊2323。鳩尾凸塊2323的長度略小於散熱槽2308的長度。當安裝時，導熱板232的一端從導熱板收容槽2306的開口端2307置於導熱板收容槽2306內，鳩尾凸塊2323滑動設置於散熱槽2308內，向導熱板收容槽2306的另一端推動導熱板232，從而將導熱板232完全的容置於導熱板收容槽2306內。鳩尾凸塊2323與絕緣導熱墊236緊貼且壓迫絕緣導熱墊236緊貼於電連接片組235上，從而實現良好的熱傳遞。由於絕緣導熱墊236以矽膠製成，具有一定的彈性，故尾凸塊2323壓迫絕緣導熱墊236並不會破壞絕緣導熱墊236。同時，由於鳩尾凸塊2323的長度略小於散熱槽2308的長度，導致在開口端2307的散熱槽2308內並沒有鳩尾凸塊2323。
外蓋233的材料為塑膠。每個外蓋233對應一個導熱板232，外蓋233安裝於殼體230上並且覆蓋導熱板232。外蓋233包括一外蓋內表面2330，在外蓋內表面2330上突出形成有多個間隔塊2331，多個間隔塊2331呈長條狀並且彼此間隔設置，從而在間隔塊2331之間形成導熱件收容槽2332。當外蓋233安裝於殼體230上後，導熱 件收容槽2332位與外蓋233與導熱板232之間且與外界相通，導熱件311伸入導熱件收容槽2332並且與導熱板232接觸。
外蓋233上靠近開口端2307的間隔塊2331上還形成有多個鳩尾凸塊2333，鳩尾凸塊2333伸入散熱槽2308內，從而封閉開口端2307，防止導熱板232從導熱板收容槽2306內滑出。
外蓋233可以通過各種已知的手段，例如螺釘固定於殼體230上，在此不再累述。
組裝時，將所述液體吸附層40分別收容於所述底座10的凹槽111內，所述液體吸附層40可以採用膠體(圖未示)固定於所述凹槽111內，也可以省略所述膠體而直接設置於所述凹槽111內；將所述冷卻座32的底部321固定設置於所述第二承載區12上，所述上蓋322蓋合於所述底部321上，使得所述鰭片322b伸入所述容納空間323內；將一個所述連接部33的連接塊331固定設置於所述上蓋322上；將所述連接部33對應的所述電池對結構21設置於所述第一承載區11上，且所述電池對結構21中的兩個電池單元23分別位於對應的所述連接塊331兩側；將所述電池對結構21對應的兩個所述導熱部31分別設置於所述電池單元23的導熱板232上，所述導熱部31跨越所述兩個電池單元23之間的間隔連接所述電池單元23，所述導熱部31跨越所述兩個電池單元23中間的部分分別經過對應的連接部33的第一連接端331a端面以及第二連接端331b端面，所述第一凸起部331d將對應導熱部31經過所述第一連接端331a端面的部分夾設於其中，所述第二凸起部331e將對應導熱部31經過所述第二連接端331b端面的部分夾設於其中；將所述電池單元23的外蓋233固定連接於所述殼體230上，所述外蓋233將對應導 熱部31的端部固定在所述導熱板232上；將所述連接部33對應的所述連接片332分別固定連接於所述連接部33的第一連接端331a以及第二連接端331b。其他的電池對結構21以及對應連接部33可以採用類似的方式組裝，組裝完成後的複數電池對結構21相互疊置而成所述電池模組20。
所述電池裝置100工作時，將所述第一管件接頭326以及所述第二管件接頭327分別連接進液管(圖未示)以及進液管(圖未示，以向所述容納空間323內通入冷卻液並使冷卻液於所述容納空間323內流動。所述電池模組20內的電池單元23產生的熱量通過對應的所述導熱部31導出至對應的所述連接部33，所述連接部33將所述熱量傳導至所述冷卻座32，最後所述冷卻液將傳導至所述冷卻座32帶走，以達成對所述電池模組20散熱的目的。
所述電池裝置採用所述散熱單元對電池模組進行散熱，將電池模組的電池對結構的兩個電池單元分別設置冷卻座的兩側，同時採用導熱部以及連接部將電池對結構中兩個電池單元的熱量彙聚並傳導至冷卻座，簡化了電池裝置的散熱路徑，使得散熱單元的結構以及組裝更為簡單，同時保證了散熱的效率。
同時，在電池單元的內部，設置了與電池緊貼的絕緣導熱墊以及與絕緣導熱墊緊貼的導熱板，保證了電池產生的熱量可被有效的傳導到電池單元外部，從而保證了散熱的效率。
綜上所述，本發明確已符合發明專利之要件，遂依法提出專利申請。惟，以上所述者僅為本發明之較佳實施方式，自不能以此限制本案之申請專利範圍。舉凡熟悉本案技藝之人士爰依本發明之精神所作之等效修飾或變化，皆應涵蓋於以下申請專利範圍內。
2301‧‧‧半殼體
2308‧‧‧散熱槽
231‧‧‧電池
2310‧‧‧電極
232‧‧‧導熱板
2323‧‧‧鳩尾凸塊
233‧‧‧外蓋
234‧‧‧框架
2340‧‧‧容納孔
2350‧‧‧電連接片
236‧‧‧絕緣導熱墊

Claims (10)

  1. 一種電池單元，其包括殼體、容納於殼體內的多個電池，以及將該多個電池彼此電連接的電連接片組，其改良在於，該殼體上開設有多個散熱槽，該電池單元還包括多個絕緣導熱墊及至少一個導熱板，該導熱板包括彼此相對的導熱板外表面和導熱板內表面，該導熱板內表面上形成有多個凸塊，該絕緣導熱墊位於該散熱槽內，該導熱板安裝於該殼體上，且該凸塊伸入該散熱槽內壓緊該絕緣導熱墊以使得該絕緣導熱墊與該電連接片組緊貼。
  2. 如請求項1所述的電池單元，其中，該絕緣導熱墊的材料為矽膠。
  3. 如請求項1所述的電池單元，其中，多個電池排列成多列，該絕緣導熱墊呈長條狀，每個絕緣導熱墊對應一列電池。
  4. 如請求項1所述的電池單元，其中，該殼體上還形成有至少一個導熱板收容槽，該導熱板收容槽與該散熱槽相通且相對該散熱槽遠離該電池，該導熱板容置於該導熱板收容槽內。
  5. 如請求項1所述的電池單元，其中，該導熱板外表面為平坦的平面。
  6. 如請求項1所述的電池單元，其中，還包括至少一個外蓋，該外蓋安裝於殼體上並且覆蓋該導熱板，在該外蓋與該導熱板之間形成有與外界相通的導熱件收容槽。
  7. 一種電池裝置，包括一個底座、一個設置於所述底座上的電池模組以及一個與所述電池模組相連的散熱單元，其改良在於：所述電池組包括至少一個電池對結構，所述電池對結構包括兩個並排設置且相互間隔的如請求項1-6中任一項所述的電池單元，所述散熱單元包括至少一個對應於所述電池對結構的導熱部，所述導熱部分別跨越所述電池對結構中的電 池單元的間隔連接於所述電池對結構的導熱板上，每一個所述導熱部包括複數條狀導熱件，所述導熱件於所述電池單元的導熱板上呈發散狀態，於所述電池單元之間的間隔呈集中狀態。
  8. 如請求項7所述的電池裝置，其中，所述導熱件為具有內部熱交換功能的熱管。
  9. 如請求項7所述的電池裝置，其中，所述散熱單元包括冷卻底座以及連接所述導熱部以及所述冷卻底座的導熱連接部，所述連接部用於將所述電池模組產生的熱量傳導至所述冷卻底座。
  10. 如請求項9所述的電池裝置，其中，所述導熱連接部設置於所述電池對結構中的電池單元的間隔內並且兩端分別連接於所述導熱部跨越所述電池單元的間隔的部分。
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