TWI624103B - 充電電池模組 - Google Patents

Abstract

本案揭露一種充電電池模組。該充電電池模組包含一種充電電池模組，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，以至少一固定單元固定彼此相對位置，該些充電電池芯以串聯及/或並聯方式連接以儲存及提供電力；至少一正極端導電片，電連接二個以上充電電池芯的正極；至少一負極端導電片，電連接二個以上充電電池芯的負極；及複數個矽膠導熱結構。

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，散熱效果也不好。

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，以至少一固定單元固定彼此相對位置，該些充電電池芯以串聯及/或並聯方式連接以儲存及提供電力；至少一正極端導電片，電連接二個以上充電電池芯的正極；至少一負極端導電片，電連接二個以上充電電池芯的負極；及複數個矽膠導熱結構，每一矽膠導熱結構設置於該正極端導電片之上或該負極端導電片之下，透過該正極端導電片觸及充電電池芯的正極，或透過該負極端導電片觸及充電電池芯的負極，用以將在正極或負極的熱量向充電電池芯外部引導。

該充電電池模組可進一步包含至少一個外部導熱結構，該外部導熱結構與該矽膠導熱結構接觸，用以將矽膠導熱結 構的熱量向外部環境散發。

依照本案構想，該固定單元為膠，固結填充於充電電池芯之間。

該固定單元可進一步包含：二端部固定結構，每一包含：一端部容置部，該端部容置部包括至少一個限位結構，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；及複數個端部固定管，與該端部容置部連接；複數個螺栓；及複數個螺帽。其中，該二端部固定結構反向設置，每一螺栓穿過一端部固定管而至另一端部固定結構的對應端部固定管，藉由結合一螺帽而沿該螺栓的軸向，固定放置於二端部固定結構間的充電電池芯；該端部容置部的末端開口，以讓電極露出。

依照本案構想，該端部固定結構由熱固性塑膠或金屬材料製成。

依照本案構想，該正極端導電片材料為石墨、鎳、鋁、黃銅或紅銅。

依照本案構想，該負極端導電片材料為石墨、鎳、鋁、黃銅或紅銅。

依照本案構想，該矽膠導熱結構為長條狀、梯狀或粗網格狀。

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。該充電電池模組易於組裝，且方便藉矽膠導熱結構與外部導熱結構，將來自充電電池芯的熱量向外部環境散發。

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

501‧‧‧充電電池芯

501a‧‧‧正極端

501b‧‧‧負極端

5021‧‧‧端部容置部

5021a‧‧‧限位結構

5022‧‧‧端部固定管

502a‧‧‧正極端部固定結構

502b‧‧‧負極端部固定結構

503a‧‧‧正極端導電片

503b‧‧‧負極端導電片

504a‧‧‧正極矽膠導熱結構

504b‧‧‧負極矽膠導熱結構

505a‧‧‧正極外部導熱結構

505b‧‧‧負極外部導熱結構

506‧‧‧螺栓

507‧‧‧螺帽

513a‧‧‧正極端導電片

513b‧‧‧負極端導電片

514a‧‧‧正極矽膠導熱結構

514b‧‧‧負極矽膠導熱結構

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圖為依照本發明的充電電池模組之實施例的分解圖。

第4圖為該充電電池模組的剖面圖。

第5圖顯示該充電電池模組的部分組合方式。

第6圖為依照本發明的充電電池模組之另一實施例的分解圖。

本發明將藉由參照下列的實施例而更具體地描述。

第一實施例

請參閱第3圖至第5圖。第3圖為一充電電池模組的分解圖，第4圖為該充電電池模組組裝完成後，沿該充電電池模組第3圖一側AA’線，向另一側水平橫跨平面的剖面圖。由第3圖可知，依照本發明的一充電電池模組50可由以下裝置組成：24個充電電池芯501、1個正極端部固定結構502a、1個負極端部固定結構502b、1個正極端導電片503a、1個負極端導 電片503b、1個正極矽膠導熱結構504a、1個負極矽膠導熱結構504b、1個正極外部導熱結構505a與1個負極外部導熱結構505b。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501，並不限定於24個。

該24個充電電池芯501，具有一致的外型且以相同方向排列，以至少一固定單元固定彼此相對位置，常用者如18650鋰充電電池。該些充電電池芯以串聯及/或並聯方式連接，做為充電電池模組50的核心，可儲存及提供電力。如第4圖所示，充電電池芯501是以四列，每列6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。於本實施例中，24個充電電池芯501是藉由所有正極連接到正極端導電片503a，所有負極連接到負極端導電片503b而並聯相接。

簡單的固定做法，前述的固定單元可以是膠，固結填充於充電電池芯501之間。然而，膠的固定能力會在使用一段時間後劣化，導致充電電池芯501散落。本發明提供一種好的 固定單元型式。請見第5圖。該固定單元的組成包括前述的二端部固定結構(正極端部固定結構502a與負極端部固定結構502b)、數個螺栓506與數個螺帽507。正極端部固定結構502a和負極端部固定結構502b的外觀型式相同，各具有1端部容置部5021與7個端部固定管5022。端部容置部5021是由至少一個限位結構5021a所組成，用來容置該充電電池芯501之一端(即，正極端部固定結構502a的限位結構5021a用來容置充電電池芯501的正極端501a，負極端部固定結構502b的限位結構5021a用來容置充電電池芯501的負極端501b)，並限制充電電池芯501移動不能超出該限位結構5021a。在本實施例中，因為充電電池芯501有24個，故限位結構5021a也有24個。限位結構5021a的數量可以隨著充電電池芯501的數量而增減，可以多設。

端部固定管5022的一端與端部容置部5021連接，另一端突出於端部容置部5021外，兩端不封死。端部固定管5022的分布，對正極端部固定結構502a或負極端部固定結構502b來說最好是點對稱。如此一來，兩個同一種形式的固定結構就能反向設置，利用端部固定管5022的一端定位。在本實施例中，端部固定管5022的分布對端部容置部5021的中心點成點對稱分布。其一端部固定管5022可讓一螺栓506穿過，而至另一端部固定結構的對應端部固定管5022，藉由結合一螺帽507而結合。故，沿該螺栓506的軸向，24個充電電池芯501可 固定放置於正極端部固定結構502a與負極端部固定結構502b間。要注意的是，端部容置部5022的末端開口，以讓電極露出。在本實施例中，雖然端部固定管5022有7個，不一定每一個都要上螺栓506固定。如第5圖所示，僅用四組螺栓506與螺帽507，在以虛線圈選的端部固定管5022進行固定。

材料方面，正極端部固定結構502a與負極端部固定結構502b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。

在本實施例中，正極端導電片503a與負極端導電片503b的數量都只有一個，而實作上不限定(多導電片結構請參見第二實施例)。正極端導電片503a用來電連接二個以上充電電池芯501的正極，負極端導電片503b用來電連接二個以上充電電池芯501的負極。由端部容置部5022末端開口露出的正極端501a與負極端501b，各直接接觸正極端導電片503a與負極端導電片503b上的”|”型細切槽(其中之一為第3圖之方形虛線框所標註)。該細切槽與各導電片其餘的鏤空部分是為了減少熱膨脹變形所設計，實作上也可以不用存在。前述的二導電片材質最好為黃銅，這是因為黃銅的價格便宜、彈性佳以及導電係數高。實作上，它們也可以使用石墨、鎳、鋁或紅銅為材料。

正極矽膠導熱結構504a設置於該正極端導電片503a之上，透過正極端導電片503a觸及充電電池芯501的正極，用以 將在正極的熱量向充電電池芯501外部引導。同樣地，負極矽膠導熱結構504b設置於負極端導電片503b之下，透過負極端導電片503b觸及充電電池芯501的負極，用以將在負極的熱量向充電電池芯501外部引導。在本實施例中，正極矽膠導熱結構504a與負極矽膠導熱結構504b是呈粗網格狀。在網格中縱向帶與橫向帶的交會處，即是與電極透過導電片觸及之處。正極矽膠導熱結構504a與負極矽膠導熱結構504b可以是將矽膠片沖壓成型。鏤空網格除了節省材料，可容置固定單元中螺栓506與螺帽507突出導電片外的部分外，對某些接於有通風系統的電池模組，充電電池芯側向發散的熱量，可以通過鏤空網格，由循環空氣帶走。

在本實施例中，正極外部導熱結構505a與負極外部導熱結構505b為兩塊金屬片，設立於充電電池模組50的外側。二外部導熱結構各與二矽膠導熱結構接觸，用以將矽膠導熱結構的熱量向外部環境散發。然而，為了組裝方便，正極外部導熱結構505a與負極外部導熱結構505b也可以是充電電池模組50的外殼，僅座落位置不同。

第二實施例

依照本發明的精神，充電電池模組50的組成可有以下的變化。請參見第6圖，第6圖為第二實施例的分解圖。第6圖與第3圖中相同號碼的元件，具有相同的功能與座落位置。由該圖可以很清楚的看到，原正極端導電片503a、負極端導電 片503b、正極矽膠導熱結構504a與負極矽膠導熱結構504b，各由2個正極端導電片513a、2個負極端導電片513b、4個正極矽膠導熱結構514a與4個負極矽膠導熱結構514b所取代。以下說明各個取代元件的新功能。

在此實施例中，正極端導電片513a與負極端導電片513b的材料同正極端導電片503a，但外觀方面，該二導電片呈梯狀。靠左側的12個充電電池芯501藉由一組正極端導電片513a與負極端導電片513b並聯，靠右側的12個充電電池芯501藉由另一組正極端導電片513a與負極端導電片513b並聯，兩組充電電池芯501可再串聯。也就是使用與第一實施例相同的充電電池芯501與固定單元，可以達到不同的電壓輸出規格。此外，正極矽膠導熱結構514a與負極矽膠導熱結構514b是呈長條狀，當然也可以像正極端導電片513a般呈梯狀。長條狀的好處是成形更容易，但缺點是定位於正極端導電片513a或負極端導電片513b上較不易。

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。

Claims (8)

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，以至少一固定單元固定彼此相對位置，該些充電電池芯以串聯及/或並聯方式連接以儲存及提供電力；至少一正極端導電片，電連接二個以上充電電池芯的正極；至少一負極端導電片，電連接二個以上充電電池芯的負極；及複數個矽膠導熱結構，每一矽膠導熱結構設置於該正極端導電片之上或該負極端導電片之下，透過該正極端導電片觸及充電電池芯的正極，或透過該負極端導電片觸及充電電池芯的負極，用以將在正極或負極的熱量向充電電池芯外部引導，其中該固定單元包含複數個端部固定管，並穿過該正極端導電片、該負極端導電片、及該矽膠導熱結構；及其中該正極端導電片及該負極端導電片具有複數個鏤空以讓該端部固定管插入並避免該正極端導電片及該負極端導電片因熱膨脹而變形。
2. 如申請專利範圍第1項所述之充電電池模組，進一步包含至少一個外部導熱結構，該外部導熱結構與該矽膠導熱結構接觸，用以將矽膠導熱結構的熱量向外部環境散發。
3. 如申請專利範圍第1項所述之充電電池模組，其中該固定單元為膠，固結填充於充電電池芯之間。
4. 如申請專利範圍第1項所述之充電電池模組，其中該固定單元進一步包含：二端部固定結構，每一包含：一端部容置部，該端部容置部包括至少一個限位結構，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；及該複數個端部固定管，與該端部容置部連接；複數個螺栓；及複數個螺帽；其中，該二端部固定結構反向設置，每一螺栓穿過一端部固定管而至另一端部固定結構的對應端部固定管，藉由結合一螺帽而沿該螺栓的軸向，固定放置於二端部固定結構間的充電電池芯；該端部容置部的末端開口，以讓電極露出。
5. 如申請專利範圍第4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，其中該正極端導電片材料為石墨、鎳、鋁、黃銅或紅銅。
7. 如申請專利範圍第1項所述之充電電池模組，其中該負極端導電片材料為石墨、鎳、鋁、黃銅或紅銅。
8. 如申請專利範圍第1項所述之充電電池模組，其中該矽膠導熱結構為長條狀、梯狀或粗網格狀。