TWI612713B - 電池模組及其製造方法 - Google Patents

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Abstract

於電池模組中，多個電池芯置於至少一電池支架中。封裝層置於至少一電池支架中，且填充於該些電池芯之間的間隙中。至少一絕緣板置於該至少一電池支架的外側面，並且多個導電片被夾於該至少一絕緣板及該外側面之間。該至少一絕緣板及該至少一電池支架共同界定出具有一開口的一密閉空間，而封裝層是從該開口將一可固化液體注入於該密閉空間中後硬化而形成。

Description

電池模組及其製造方法
本發明係關於一種電池模組，尤其關於一種阻止異常連續發生的電池模組。
交通運輸載具隨著科技的進步，從以汽油作為汽、機車燃料，進步到以天然氣做為汽車燃料，作為汽、機車的動力供給來使汽、機車運作，而腳踏車傳統以來係以人力帶動機械作為動力來供腳踏車運作。當然，隨著燃料原料漸漸減少，價格漸漸高漲，以及環保意識的抬頭，已發展出了包括電動腳踏車、電動機車、油電汽車等等交通工具。然而隨著交通運輸載具的發展，以及朝向綠能產業的電力交通運輸載具的重視，提供交通載具電力的電池模組成為一項重要的元件。
圖1顯示習知一電池模組。如圖1所示，電池模組100包含多個電池裝置110、一電路板120、及多條電壓線130及至少一連接器131。每一電池裝置110包含多個電池芯111及兩個電極片112。一電池裝置110中該些電池芯111 透過該些電極片112形成串聯或並聯後，再與其他電池裝置110進行串聯或並聯，而形成整個電池模組100。
如果一個電池裝置110內的電池芯111發生異常，將會引起其他鄰近之電池芯111發生異常，此種連續異常現象還會進一步導致整個電池模組100發生異常。
此外，為了偵測電池模組100中，每一電池裝置110的電壓是否發生異常，如圖1所示，過去是以每一個電池裝置110的電極片112的一接腳113穿焊或搭焊在一電壓線130，每一電壓線的另一端連接至一連接器131，形成一排線。連接器131再插接至電路板120上的另一連接器。電路板120設有電壓偵測單元及晶片組(IC)。藉由上述設計，能夠將各個電池裝置110的電壓匯集到電路板120的電壓偵測單元，電壓偵測單元再透過電路板120的電路，將該些電壓的數值傳遞給晶片組(IC)，以監控該些電壓。
依據習知技術，雖然能夠監控每一電池裝置110的電壓，但當電池芯111發生異常時，卻無法阻止因異常的電池芯111，進而導致其他電池芯111發生異常。
因此，除了監控異常之外，還需要一種有效阻止已發生異常之電池芯111，影響其他未發生異常之電池芯111的改良的電池模組100的結構。
本發明一目的在於提供一種電池模組及其製造方法。本發明另一目的在於提供一種電池模組其具有封裝層填充於多個電池芯之間的間隙中；及其製造方法。本發明另一目的在於提供一種阻止異常連續發生的電池模組及其製造方法。
依據本發明一實施例，一種電池模組包括至少一電池支架、多個電池芯、封裝層、多個導電片以及至少一絕緣板。該些電池芯置於該至少一電池支架中。封裝層置於該至少一電池支架中，且填充於該些電池芯之間的間隙中。該些導電片置於該至少一電池支架的一外側面，並且該些電池芯電連接。至少一絕緣板置於該至少一電池支架的外側面，並且該些導電片被夾於該至少一絕緣板及該外側面之間。該至少一絕緣板及該至少一電池支架共同界定出具有一開口的一密閉空間，而封裝層是從該開口將一可固化液體，例如液態樹脂，注入於密閉空間中後硬化而形成。
於一實施例中，該至少一電池支架包含互相連接的一第一電池支架及一第二電池支架，第一電池支架及第二電池支架的內側面皆設置有多個固定座，該些電池芯的兩端裝入於第一電池支架及第二電池支架的該些固定座中。該些導電片區分為多個第一導電片及多個第二導電片，且該些第一導電片置於該第一電池支架的外側面，而該些第二導電片置於該第二電池支架的外側面。該至少一絕緣板包含一第一絕緣板及一第二絕緣板，第一 絕緣板置於第一電池支架的外側面，該些第一導電片被夾於第一絕緣板及第一電池支架的外側面之間，該些第二導電片被夾於第二絕緣板及第二電池支架的外側面之間。
於一實施例中，電池模組更包含多個密閉材料，該些密閉材料設於該些電池芯的一第一端，用以密合該些電池芯之第一端及固定座間的間隙。
於一實施例中，電池模組更包含一密合材料，該密合材料被夾於第一電池支架及第二電池支架的連接壁面之間，藉以使第一電池支架及第二電池支架之間的連接處密合。
於一實施例中，電池模組更包含一外殼，用以容置第一電池支架及第二電池支架。
依據本發明一實施例，一種電池模組的製造方法其包括以下步驟。提供一電池組裝結構，該電池組裝結構包含至少一電池支架；多個電池芯，置於該至少一電池支架中；多個導電片，置於該至少一電池支架的一外側面，並且該些電池芯電連接；以及至少一絕緣板，置於該至少一電池支架的該外側面，並且該些導電片被夾於該至少一絕緣板及該外側面之間，其中該至少一絕緣板及該至少一電池支架共同界定出具有一開口的一密閉空間。從該開口灌入一可固化液體例如液態樹脂於該密閉空間中。以及使該可固化液體硬化形成一封裝層。
於一實施例中，該提供一電池組裝結構的步驟包含：將該些導電片的多個第一導電片裝設於該至少一電池支架的一第一電池支架的一外側面；將該些電池芯裝設於該第一電池支架上；將該些導電片的多個第二導電片及該至少一電池支架的一第二電池支架、與已放置有該些電池芯的該第一電池支架組裝在一起；以及於該第一電池支架及該第二電池支架的外側面，分別貼上該至少一絕緣板的一第一絕緣板及一第二絕緣板，而使該第一電池支架、該第二電池支架、該第一絕緣板及該第二絕緣板形成具有該開口的該密閉空間。該從該開口灌入一可固化液體於該密閉空間中的步驟包含：於組裝後之該第一電池支架及該第二電池支架所形成的該密閉空間中，灌入該可固化液體至一指定高度。而且，該使該可固化液體硬化形成一封裝層的步驟包含：於使該可固化液體硬化形成該封裝層後，將一電池管理系統組裝於該第一電池支架及該第二電池支架中，再將組裝有該電池管理系統的該第一電池支架及該第二電池支架裝入於一外殼內，形成一電池模組。
於一實施例中，該將多個電池芯裝設於該第一電池支架上的步驟包含：於該些電池芯的一第一端預置一密閉材料；以及將該些電池芯裝入於該第一電池支架之內側面上的多個固定座中，且該密閉材料密合該些電池芯之該第一端部分及該些固定座間的間隙。
於一實施例中，該將多個第二導電片及一第二電池支架、與已放置有 該些電池芯的該第一電池支架組裝在一起的步驟包含：提供一密合材料並使該密合材料被夾於該第一電池支架及該第二電池支架的連接壁面之間，藉以使該第一電池支架及該第二電池支架之間的接縫處密合。
依據本發明，利用灌膠封填使產品結構強度強化，由於封膠材料具防水性，而使電池模組能夠有防水保護，較佳的情況是封膠材料具導熱性，而能夠使電池模組具有更良好的均溫性。由於製程簡便，可以依不同產品規格，而進行設計的調整，設計的應用性較佳。
100‧‧‧電池模組
110‧‧‧電池裝置
111‧‧‧電池芯
112‧‧‧電極片
113‧‧‧接腳
120‧‧‧電路板
130‧‧‧電壓線
131‧‧‧連接器
200‧‧‧電池模組
211‧‧‧電池芯
212‧‧‧導電片
213‧‧‧密閉材料
214‧‧‧導電片
221‧‧‧電池支架
222‧‧‧容置槽
223‧‧‧封閉槽
224‧‧‧固定座
231‧‧‧電池支架
240‧‧‧密閉空間
241‧‧‧指定高度
242‧‧‧電池管理系統
243‧‧‧樹脂
243a‧‧‧封裝層
245‧‧‧密合材料
250‧‧‧外殼
291‧‧‧絕緣板
292‧‧‧絕緣板
從以下之詳細說明及附圖，其僅是用以說明而非本發明所限定，能夠更全面地理解本發明。
圖1顯示習知一電池模組。
圖2顯示本發明一實施例之製造流程之一步驟的示意圖。
圖3顯示本發明一實施例之製造流程之一步驟的示意圖。
圖4顯示本發明一實施例之製造流程之一步驟的示意圖。
圖5顯示本發明一實施例之製造流程之一步驟的示意圖。
圖6顯示本發明一實施例之製造流程之一步驟的示意圖。
圖7顯示本發明一實施例之製造流程之一步驟的示意圖。
圖8顯示本發明一實施例之製造流程之一步驟的示意圖。
圖9顯示本發明一實施例電池模組之一對電池支架被鎖固時之局部的示意圖。
圖10顯示本發明一實施例電池模組之電池芯被裝入電池支架的固定座時之局部的剖面示意圖。
將參照附圖，詳細地說明本發明，其中相同的標號將用於識別多個視點的相同或近似的元件。應注意的是，圖式應以標號的取向方向觀看。
鋰電池應用日益廣泛，生活中應用普及，但相關意外災害亦日漸增加，電池模組需針對法規進行安全性測試。因輕型載具現況已大量應用於交通產業，類似破壞性項目需特別地設計防護。傳統的電池模組是以塑膠固定電池芯，並且在兩兩電池芯之間存在些微間距，避免電池芯罐身的絕緣層破損導致兩兩電池芯接觸產生短路的風險。然而，當電池芯發生自身短路或其他因素，引發電池芯產生高熱甚至更嚴重的異常狀況時，傳統的電池模組固定方式，將會使得單一電池芯的異常狀況影響另一個電池芯，最後可能導致整顆電池模組發生危險。
為改善前述習知技術的課題，依據本發明一實施例，藉由不同封裝材料，達到產品結構強度改善及系統熱爆走狀況安全性提升。圖2-8顯示本發明一實施例之製造流程之各步驟的示意圖。如圖2-8所示，本發明一實施例 之電池模組200的製造方法，包含以下步驟。
步驟S02：將多個導電片212裝設於一電池支架221的一外側面，如圖2所示。更詳言之，電池支架221的外側面可以界定有至少一容置槽222，較佳地容置槽222的形狀對應於導電片212的形狀，並使導電片212容置於容置槽222內。於一實施例中，電池支架221的外側面還可以更界定有至少一封閉槽223，封閉槽223中容置一絕緣板291(如後述之圖5)，其中導電片212的深度大於封閉槽223的深度，以使導電片212被夾於電池支架221及絕緣板291之間。
步驟S04：將多個電池芯211裝設於電池支架221上，如圖3所示。於一實施例中，電池支架221的內側面設有固定座224，電池芯211是裝入固定座224中。於一實施例中，亦可以在每顆電池芯211的正極端預置一密閉材料213後，再將電池芯211置入於電池支架221的固定座224中。由於電池芯211的正極端有保護結構，因此不能讓樹脂流入正極端，否則樹脂從正極端的缺口流入後，將有導致保護結構失效的風險。於本實施例中，由於密閉材料213能夠密合電池芯211之正極端部分及固定座224間的間隙，而不讓液態樹脂例如具耐熱性的液態樹脂流入於固定座224中，進而流入電池芯211的正極端。於一實施例中，亦可以不需要密閉材料213，而使固定座224所界定之空間的形狀及大小，配合電池芯211之一端的形狀及大小，藉以使電池芯211裝入於固定座224中後，電池芯211緊貼於固定座224形成密閉結構，而不讓樹脂流入固定座224內，進而不讓樹脂流入正極端。
步驟S06：將另一面的多個導電片214及另一電池支架231；與前述步驟之已放置電池芯211的電池支架221組裝在一起，如圖4所示。於一實施例中，另一電池支架231的內側面設有固定座(未圖示)，電池芯211是裝入前述固定座中。於一實施例中，亦可以在每顆電池芯211的正極端預置一個密閉材料213後，再將電池芯211置入於電池支架231中。於一實施例中，亦可以不需要密閉材料213，而使前述固定座所界定之空間的形狀及大小，配合電池芯211之一端的形狀及大小，藉以使電池芯211裝入於前述固定座中後，電池芯211緊貼於前述固定座形成密閉結構，而不讓樹脂流入前述固定座內，進而不讓樹脂流入正極端。於一實施例中，提供一密合材料245並使密合材料245被夾於電池支架221及231的連接壁面之間，藉以使電池支架221及231之間的接縫處完全密合。
步驟S08：將電池支架221及另一電池支架231加以鎖附，並於電池支架221及另一電池支架231的兩個外側面，分別貼上絕緣板291及另一絕緣板292，而使電池支架221、另一電池支架231、絕緣板291及另一絕緣板292形成向上開口的一密閉空間240，如圖5及圖6所示。絕緣板291及292可以為一防水絕緣導熱片，其材質可以為聚酯膠片(MYLAR)、石墨片或FORMAX材質等。
步驟S10：於組裝後之電池支架221及另一電池支架231所形成的該密閉空間240中，灌入液態樹脂至指定高度241，並讓液態樹脂填充於該些電池 芯之間的間隙中，如圖6所示。較佳的情況是，液態樹脂的高度不高過電池管理系統242(BATTERY MANAGEMENT SYSTEM，BMS)的組裝面，使得該些電池芯211完整被液態樹脂包覆，藉以讓一電池芯211區隔於另一相鄰的電池芯211，而避免電池芯211發生異常時導致另一相鄰的電池芯211也發生異常。此外，液態樹脂亦可以添加不同添加物來達到不同的功能，舉例而言，能夠使液態樹脂具有導熱功能藉以增加導熱效果。
步驟S12：於液態樹脂243硬化後形成一封裝層243a，將後續之電池管理系統242組裝於電池支架221及另一電池支架231中，如圖7所示。較佳地，使電池管理系統242位於該封裝層243a之上方。
步驟S14：將前述步驟S12之組裝後電池結構，裝入外殼250內，而形成電池模組200，如圖8所示。
依據本發明，利用灌膠封填方式使產品結構強度強化，於一實施例中，使封膠材料具有防水性，而使電池模組能夠有防水保護。於一實施例中，使封膠材料具有導熱性，而能夠使電池模組具有更良好的均溫性。於一實施例中，於灌膠封填方式中所使用的液態樹脂可以為一具耐熱性的液態樹脂。此外，為了達到不同的功能，亦可以更進一步在前述液態樹脂中加入不同功能的添加物，而產生不同的功能。由於製程簡便，可以依不同產品規格，而進行設計的調整，設計的應用性較佳。
於本發明一實施例中，電池模組200的製造方法，包含以下步驟。步驟S22：將一液態樹脂置入於一模具中並且加入硬化，以形成具有多個容置空間的封裝層243a，該些容置空間用以容置多個電池芯211。步驟S24：將該些電池芯211置入於該些容置空間中。步驟S26：多個導電片214組裝於封裝層243a的兩側，用以電連接該些電池芯211的兩電極端。於一實施例中，步驟S26更包含將兩電池支架231組裝於封裝層243a的兩側。步驟S28：將前述步驟S26之組裝後電池結構，裝入外殼250內，而形成電池模組200，如圖8所示。
依據本發明一實施例，提供一種電池模組200。如圖2-8所示，電池模組200包含：多個電池芯211、一對電池支架221及231、多個導電片212、多個另一導電片214、一電池管理系統242、一對絕緣板291及292、多數的電池芯211以及一封裝層243a。
電池支架221及231被鎖固在一起。封裝層243a、電池管理系統242及該些電池芯211皆被裝設於電池支架221及231之間。絕緣板291及該些導電片212皆設於電池支架221的外側面，且該些導電片212被夾於絕緣板291及電池支架221的外側面之間。絕緣板292及該些另一導電片214皆設於電池支架221的外側面，且該些另一導電片214被夾於絕緣板292及電池支架231的外側面之間。該些電池芯211透過該些導電片212及該些導電片214電連接至電池管理系統242。
於一實施例中，固定座224為中空結構，以露出電池芯211的兩端。而且，如圖5所示，在絕緣板291及292的適當位置上，更具體而言在絕緣板291及292之對應於電池芯211的兩端的位置上，形成多個弱化結構293。當一電池芯211發生異常而急速升溫時，封裝層243a所形成的容置空間會產生高壓，由於形成該些弱化結構293，使氣體或火焰能夠從該些弱化結構293洩出，而能夠防止熱流逆灌的問題。
圖9顯示本發明一實施例電池模組之一對電池支架被鎖固時之局部的示意圖。如圖9所示，於一實施例中，電池模組200可以更包含一密合材料245，其可以為例如O-Ring或密封膠。密合材料245被夾於電池支架221及231的連接壁面之間，藉以使電池支架221及231之間的接縫處完全密合，而不會使液態樹脂從接縫處漏出。於一實施例中，也可以選擇不使用密合材料245，而直接將兩個電池支架221及231緊密接合，不使液態樹脂漏出。
圖10顯示本發明一實施例電池模組之電池芯被裝入電池支架的固定座時之局部的剖面示意圖。如圖10所示，於一實施例中，電池支架221的內側面設有固定座224，電池芯211是裝入固定座224中。而且，電池模組200可以更包含一密閉材料213，而在每顆電池芯211的正極端預置一個密閉材料213後，再將電池芯211置入於電池支架221中。由於密閉材料213能夠密合電池芯211及固定座224間的間隙，而不讓液態樹脂流入於固定座224中，進而流入電池芯211的正極端。密閉材料213可以選擇片狀或圓圈狀，或者其材料可以為一密封膠。此外，密閉材料213可以設置在電池芯211上，也可 以在固定座224之容置電池芯211的空間裡。於一實施例中，電池芯211的密閉材料213例如為密封橡膠圈也可以選擇不使用，直接採電池芯211與固定座224緊密接合的設計。
本案藉由不同封裝材料，達到產品結構強度改善及系統熱爆走狀況安全性提升。本發明的方式乃是由灌封絕緣導熱材料，經由高熱傳導材料，降低電池溫度差異，加強產品可靠度，並在電芯內短路熱爆走時同步提升安全性應用需求。
已詳細地說明本發明，相同的方法還能夠用很多種方法來改變，這是很明顯的。該些變形不應視為脫離本發明的精神和範圍。所有該些對於本領域具有通常知識者為明顯的修正，皆包含在本說明書之申請專利範圍中。
211‧‧‧電池芯
221‧‧‧電池支架
231‧‧‧電池支架
291‧‧‧絕緣板
292‧‧‧絕緣板

Claims (10)

  1. 一種電池模組，包含：至少一電池支架；多個電池芯，置於該至少一電池支架中；一封裝層，置於該至少一電池支架中，且填充於該些電池芯之間的間隙中，藉以讓該些電池芯的一電池芯區隔於該些電池芯的另一相鄰的電池芯，而避免該些電池芯的該電池芯發生異常時導致該些電池芯的該另一相鄰的電池芯也發生異常；多個導電片，置於該至少一電池支架的一外側面，並與該些電池芯電連接；以及至少一絕緣板，置於該至少一電池支架的該外側面，並且該些導電片被夾於該至少一絕緣板及該至少一電池支架的該外側面之間，其中，該至少一絕緣板及該至少一電池支架共同界定出具有一開口的一密閉空間，而該封裝層是從該開口將一液態樹脂注入於該密閉空間中後硬化而形成。
  2. 如請求項1所述的電池模組，其中，該至少一電池支架包含互相連接的一第一電池支架及一第二電池支架，該第一電池支架及該第二電池支架的內側面皆設置有多個固定座，該些電池芯的兩端分別裝入於該第一電池支架及該第二電池支架的該些固定座中，該些導電片區分為多個第一導電片及多個第二導電片，且該些第一導電片置於該第一電池支架的外側面，而該些第二導電片置於該第二電池 支架的外側面，該至少一絕緣板包含一第一絕緣板及一第二絕緣板，該第一絕緣板置於該第一電池支架的外側面，該些第一導電片被夾於該第一絕緣板及該第一電池支架的外側面之間，該些第二導電片被夾於該第二絕緣板及該第二電池支架的外側面之間。
  3. 如請求項2所述的電池模組，更包含多個密閉材料，該些密閉材料設於該些電池芯的一第一端，用以密合該些電池芯之該第一端及該固定座間的間隙。
  4. 如請求項2所述的電池模組，更包含一密合材料，該密合材料被夾於該第一電池支架及該第二電池支架的連接壁面之間，藉以使該第一電池支架及該第二電池支架之間的連接處密合。
  5. 如請求項2所述的電池模組，更包含一電池管理系統，組裝於該第一電池支架及該第二電池支架中。
  6. 如請求項2所述的電池模組，更包含一外殼，用以容置該第一電池支架及該第二電池支架。
  7. 一種電池模組的製造方法，包括：提供一電池組裝結構，該電池組裝結構包含至少一電池支架；多個電池芯，置於該至少一電池支架中；多個導電片，置於該至少一電池支架的一外側面，並且該些電池芯電連接；以及至少一絕緣板，置於該至少一電池支架的該外側面，並且該些導電片被夾於該至少一絕緣板及該外側面之間，其中該至少一絕緣板及該至少一電池支架共同界定出具有一開口的一密閉空間； 從該開口將一液態樹脂灌入於該密閉空間中，並使該些電池芯被該液態樹脂包覆，藉以讓該些電池芯的一電池芯區隔於該些電池芯的另一相鄰的電池芯，而避免該些電池芯的該電池芯發生異常時導致該些電池芯的該另一相鄰的電池芯也發生異常；以及使該液態樹脂硬化形成一封裝層而形成一電池模組。
  8. 如請求項7所述的電池模組的製造方法，其中，該提供一電池組裝結構的步驟包含：將該些導電片的多個第一導電片裝設於該至少一電池支架的一第一電池支架的一外側面；將該些電池芯裝設於該第一電池支架上；將該些導電片的多個第二導電片及該至少一電池支架的一第二電池支架、與已放置有該些電池芯的該第一電池支架組裝在一起；以及於該第一電池支架及該第二電池支架的外側面，分別貼上該至少一絕緣板的一第一絕緣板及一第二絕緣板，而使該第一電池支架、該第二電池支架、該第一絕緣板及該第二絕緣板形成具有該開口的該密閉空間，該從該開口灌入一液態樹脂於該密閉空間中的步驟包含：於組裝後之該第一電池支架及該第二電池支架所形成的該密閉空間中，灌入該液態樹脂至一指定高度，而且該使該液態樹脂硬化形成一封裝層而形成一電池模組的步驟包含：於使該液態樹脂硬化形成該封裝層後，將一電池管理系統組裝於該 第一電池支架及該第二電池支架中，再將組裝有該電池管理系統的該第一電池支架及該第二電池支架裝入於一外殼內，形成該電池模組。
  9. 如請求項8所述的電池模組的製造方法，其中該將多個電池芯裝設於該第一電池支架上的步驟包含：於該些電池芯的一第一端預置一密閉材料；將該些電池芯裝入於該第一電池支架之內側面上的多個固定座中，且該密閉材料密合該些電池芯之該第一端部分及該些固定座間的間隙。
  10. 如請求項8所述的電池模組的製造方法，其中該將多個第二導電片及一第二電池支架、與已放置有該些電池芯的該第一電池支架組裝在一起的步驟包含：提供一密合材料並使該密合材料被夾於該第一電池支架及該第二電池支架的連接壁面之間，藉以使該第一電池支架及該第二電池支架之間的接縫處密合。
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