TWI657609B - 以空間隔離工作溫度差異的二次集合電池 - Google Patents

Abstract

本發明提供一種以空間隔離工作溫度差異的二次集合電池，係於一箱體內設置複數二次電池組及連接該二次電池組的充電平衡系統，充電平衡系統具有一熱消耗元件及一電池狀態偵測單元；其特徵在於，箱體內具有分隔之一熱耗腔室及一容置腔室，熱耗腔室供以讓熱消耗元件容設，容置腔室則供以讓各二次電池組及電池狀態偵測單元容設，據以透過獨立腔室隔絕熱消耗元件的溫度，俾免該熱消耗元件的工作溫度影響該二次電池組的正常運作。

Description

以空間隔離工作溫度差異的二次集合電池

本發明係與二次集合電池有關，特別是指一種具有充電平衡系統的二次集合電池。

目前，二次集合電池為了避免過度充電，會設有一充電平衡系統作為二次集合電池的充電管理，前述充電平衡系統主要設有至少一熱消耗元件作為電池平衡手段，為了避免該熱消耗元件的工作溫度影響電池正常運作，因此，如台灣I584515號案以及美國14/584577號案一般，以金屬材質的電池箱體搭配安裝於電池箱體外之金屬材質的散熱板，並選用較高功率的熱消耗元件設置在前述散熱板上，藉此達成二次集合電池的充電平衡運作。

值得注意的是，前述熱消耗元件及金屬散熱板皆設置在電池箱體外部，金屬散熱板僅作為散熱單一用途，並無法提供完整遮蔽保護充電平衡系統的作用，凸顯出保護性不足之缺陷；再者，該金屬散熱板及熱消耗元件係凸出設置於電池箱體外部，實務上常有碰撞損壞該金屬散熱板以及熱消耗元件的風險，進一步損及與之併聯運作的二次電池組而產生安全性上的疑慮，緣此，即應重新設計該電池箱體結構以避免有前述充電平衡系統之物件因碰撞損壞，導致二次集合電池產生安全性的疑慮；另外，同時亦須考量到熱消耗元件產生的工作溫度相對於二次電池組的正常工作溫度為高，而當該二次電池組所在的環境溫度高過於前述正常工作溫度時，該二次電池組即極易產生不良的影響，諸如:充放電不穩定或效率降低之情事，因此必須使該熱消耗元件相對高的工作溫度不能夠影響到二次電池組的正常工作溫度，故需要一種高安全性且有效隔離熱消耗元件工作溫度的二次電池。

且另如美國US2005/0110460案，其同樣以一電池箱體作為複數個二次電池組設置，並設有充電平衡系統於該電池箱體之外部，同樣具有前述案件之過充放電裝置在外有碰撞損壞的高安全性風險；且該充電平衡系統之電路組件與其熱消耗元件係設置於同一空間內之形態，該熱消耗元件壽命效期長，耐溫性能優於同一空間內的充電平衡系統之電路組件，故該熱消耗元件相對高的工作溫度極易對於充電平衡系統的電路組件產生不良影響，故確需要一種高安全性且有效隔離熱消耗元件工作溫度的二次電池。

緣此，本發明提供一種以空間隔離工作溫度差異的二次集合電池，其主要目的在於避免充電平衡系統損壞的同時確實隔離熱消耗元件所產生的工作溫度避免影響二次電池組的正常工作溫度，進而提升二次集合電池運作的安全性。

本發明之次一目的在於，能夠個別對單獨模組的二次電池組進行過充放電之保護及更換，以達到確實防護、快速維修之效。

為達前述目的，本發明一種以空間隔離工作溫度差異的二次集合電池之第一實施例，包括： 一箱體、設置於該箱體內之一散熱板、至少一二次電池組及一充電平衡系統，該散熱板由金屬材質製成，該充電平衡系統分別具有電性連接之至少一電池狀態偵測單元及至少一熱消耗元件，該些熱消耗元件供以消耗各該二次電池組之過充電能，其特徵在於：

該箱體內部具有以一隔板分隔成兩獨立凹形空間形態之一熱耗腔室及一容置腔室，該散熱板及該熱消耗元件固設於該熱耗腔室內，該二次電池組及該電池狀態偵測單元裝設於該容置腔室內，且該電池狀態偵測單元與該二次電池組電性連接，該電池狀態偵測單元與對應的該二次電池組電性連結成模組形態，該電池狀態偵測單元偵測於同一模組內對應的該二次電池組之狀態，並控制各該二次電池組充放電；

藉此，該箱體之熱耗腔室及容置腔室將具有工作溫度差異的元件隔離，即會產生相對高工作溫度之該熱消耗元件與必須保持相對低工作溫度的該電池狀態偵測單元以及二次電池組確實隔離，且該電池狀態偵測單元分別獨立的偵測各該二次電池組之電位，並得控制各該二次電池組釋放電能至該熱消耗元件。

由前述可知，本創作主要透過將充電平衡系統中會產生相對高工作溫度的熱消耗元件與散熱板獨立設置於熱耗腔室中，以與必須保持相對低工作溫度的該充電平衡系統之該電池狀態偵測單元及該些二次電池組隔離設置該箱體之容置腔室中，以空間隔離的手段確實隔絕該熱消耗元件之溫度，俾免該熱消耗元件的相對高工作溫度影響該二次電池組及該電池狀態偵測單元，使該二次電池組與該電池狀態偵測單元得以在相對低的正常工作溫度下運作。

更藉，本創作之該些二次電池組及該些充電平衡系統皆設置在該箱體內，透過箱體之保護以提升充電平衡系統的防護性能，而達到充電平衡系統的安全性。

再者，透過該電池狀態偵測單元分別獨立的偵測各該二次電池組之電位，以針對個別之二次電池組進行保護，俾於特定之該二次電池組故障時，可直接模組的更換二次電池組及電池狀態偵測單元，而無須更換未損壞的二次電池組及使用效期較長的熱消耗元件，以達到確實防護、快速維修之效。

本發明提供一種以空間隔離工作溫度差異的二次集合電池，於第一實施例中，如圖1、2、3、4所示，包括： 一箱體10，其內部形成具有一開口形態的凹形空間，且以一分隔板10A沿前述開口至該箱體10內部空間之底部設置，將該箱體10內部空間分隔成兩相互隔絕獨立分隔且各呈凹形空間形態之一熱耗腔室11及一容置腔室12；

一散熱板20，固設於該熱耗腔室11內，該散熱板20由金屬材質製成；

至少一二次電池組30，設於該容置腔室12內，於本實施例中，該些二次電池組30分別由複數二次電池構成；

一充電平衡系統40，該充電平衡系統40分別具有至少一電池狀態偵測單元41及至少一熱消耗元件42，該電池狀態偵測單元41裝設於該容置腔室12內，該電池狀態偵測單元41分別與對應之該二次電池組30電性連接，該電池狀態偵測單元41與對應的該二次電池組30電性連結成模組形態，該電池狀態偵測單元41偵測於同一模組內對應的該二次電池組30之狀態，以方便於確實偵測該二次電池組30完好程度以快速的維修或換置，而該電池狀態偵測單元41係以偵測各該二次電池組30之電壓為手段，並控制各該二次電池組30充放電，以保持一相對於熱消耗元件42工作溫度為低的正常工作溫度運作；該熱消耗元件42固設於該熱耗腔室11內，該電池狀態偵測單元41與該熱消耗元件42電性連接，該熱消耗元件42供以消耗各該二次電池組30之過充電能，該熱消耗元件42容置於該熱耗腔室11內產生相對該二次電池組30為高的工作溫度，但藉由該熱耗腔室11與該容置腔室12的熱隔離確實的避免工作溫度的相互影響；而該電池狀態偵測單元41與該熱消耗元件42設置的數量，可依二次電池的容量與其負載 量的需求改變；以及

至少一接頭組50，該接頭組50分別具有一第一接頭51及一第二接頭52，該第一接頭51與對應的該電池狀態偵測單元41電性連接，該第二接頭52與對應的該熱消耗元件42電性連接，該第一接頭51能夠拆離的與該第二接頭52結合；

藉此，該電池狀態偵測單元41獨立的偵測對應之該二次電池組30之電位，並得控制對應之該二次電池組30釋放電能至電性連接的該熱消耗元件42。

以下為本發明之第二實施例，在提出詳細說明之前，要注意的是，在以下的說明中，類似的元件是以相同的編號來表示，並請參照圖5所示，包括：

該箱體10，其內部形成具有一開口形態的凹形空間，且以一分隔板10A沿前述開口至該箱體10內部空間之底部設置，將該箱體10內部空間分隔成兩相互隔絕獨立分隔且各呈凹形空間形態之該熱耗腔室11及該容置腔室12；

該散熱板20，固設於該熱耗腔室11內，該散熱板20由金屬材質製成；

至少一該二次電池組30，設於該容置腔室12內；

一充電平衡系統60，該充電平衡系統60具有至少一電池狀態偵測單元61及至少一熱消耗元件62，該電池狀態偵測單元61裝設於該容置腔室12內，該電池狀態偵測單元61與對應的該二次電池組30電性連接，該電池狀態偵測單元61與對應的該二次電池組30電性連結成模組形態，該電池狀態偵測單元61偵測於同一模組內對應的該二次電池組30之狀態，以方便於確實偵測該二次電池組30完好程度以快速的維修或換置，而該電池狀態偵測單元61包括電訊連接之一偵測單元611、一比較單元612及一控制單元613，該偵測單元611供以偵測各該二次電池組30之電位，該比較單元612內具有一預設範圍值，該控制單元613供以控制各該二次電池組30放電；該熱消耗元件62固設於該熱耗腔室11內，該電池狀態偵測單元61與該熱消耗元件62電性連接，該熱消耗元件62供以消耗所連接之該二次電池組30之過充電能；以及

該接頭組50，具有該第一接頭51及該第二接頭52，該第一接頭51與對應的該電池狀態偵測單元61電性連接，該第二接頭52分別與該熱消耗元件62電性連接，該第一接頭51能夠拆離的與該第二接頭52結合；

藉此，該偵測單元611偵測對應的該二次電池組30之電位， 該比較單元612並依據偵測之電位與預設範圍值進行比對，當該二次電池組30之電位超過該預設範圍值時，該控制單元613則控制該二次電池組30釋放電能至該熱消耗元件62。

於第二實施例之第一較佳實施態樣中，如圖6、7所示，各該二次電池組30連接至一總控制單元70，另具有一溫度開關80，該溫度開關80貼附於該散熱板20，該溫度開關80內預設有一閥值，該溫度開關80與該總控制單元70控制連接，該溫度開關80供以偵測溫度，當溫度超過該閥值時，該溫度開關80控制該總控制單元70關閉。

於第二實施例之第二較佳實施態樣中，如圖8所示，該些電池狀態偵測單元61另包括一保護開關614，比較單元612內具有一預設極值，當該二次電池組30之電位達該預設極值時，該保護開關614則控制對應之該二次電池組30開路。

前述兩實施例均藉由該箱體10之該熱耗腔室11及容置腔室12將具有工作溫度差異的元件隔離，即相對高工作溫度之該熱消耗元件62與必須保持相對低工作溫度的該電池狀態偵測單元61以及二次電池組30確實隔離，以確保該電池狀態偵測單元61與該二次電池組30能在正常工作溫度下於容置腔室12內運作不致受到於該熱耗腔室11相對高溫的影響，且該各二次電池組30及電池狀態偵測單元61可模組維修更換，以提高對該二次電池組維修的效率與安全性。

10‧‧‧箱體

10A‧‧‧分隔板

11‧‧‧熱耗腔室

12‧‧‧容置腔室

20‧‧‧散熱板

30‧‧‧二次電池組

40、60‧‧‧充電平衡系統

41、61‧‧‧電池狀態偵測單元

42、62‧‧‧熱消耗元件

611‧‧‧偵測單元

612‧‧‧比較單元

613‧‧‧控制單元

614‧‧‧保護開關

50‧‧‧接頭組

51‧‧‧第一接頭

52‧‧‧第二接頭

70‧‧‧總控制單元

80‧‧‧溫度開關

圖1 為本發明第一實施例之立體示意圖。 圖2 為本發明第一實施例之立體示意圖。 圖3 為本發明第一實施例之電路示意圖。 圖4 為本發明第一實施例之結構示意圖。 圖5 為本發明第二實施例之結構示意圖。 圖6 為本發明第二實施例之第一較佳實施態之結構示意圖。 圖7 為本發明第二實施例之第一較佳實施態之電路示意圖。 圖8 為本發明第二實施例之第二較佳實施態之結構示意圖。

Claims (8)

1. 一種以空間隔離工作溫度差異的二次集合電池，包括： 一箱體、設置於該箱體內之至少一二次電池組及一充電平衡系統，該充電平衡系統分別具有電性連接之至少一電池狀態偵測單元及至少一熱消耗元件，該熱消耗元件供以消耗對應之該二次電池組之過充電能，其特徵在於： 該箱體具有以一隔板分隔成兩獨立空間形態之一熱耗腔室及一容置腔室，該熱消耗元件固設於該熱耗腔室內，該二次電池組及該電池狀態偵測單元裝設於該容置腔室內，且該電池狀態偵測單元與該二次電池組電性連接，該電池狀態偵測單元與對應的該二次電池組電性組連結成模組形態，該電池狀態偵測單元偵測於同一模組內對應的該二次電池組之狀態，並控制該二次電池組充放電； 藉此，該箱體之熱耗腔室及容置腔室將相對高工作溫度之該熱消耗元件與 必須保持相對低工作溫度的該電池狀態偵測單元及二次電池組確實隔離，且該電池狀態偵測單元分別獨立的偵測對應之該二次電池組之電位，並得控制對應之該二次電池組釋放電能至該熱消耗元件。
2. 如申請專利範圍第1項所述之以空間隔離工作溫度差異的二次集合電池，其中，另包括至少一接頭組，該接頭組具有一第一接頭及一第二接頭，該第一接頭分別與各該電池狀態偵測單元電性連接，該第二接頭與對應的該熱消耗元件電性連接，該第一接頭能夠拆離的與該第二接頭結合。
3. 如申請專利範圍第1項所述之以空間隔離工作溫度差異的二次集合電池，其中，該箱體內另設置一散熱板，該散熱板係為金屬材質製成，並與該熱消耗元件結合容置於該箱體之熱耗腔室內。
4. 一種以空間隔離工作溫度差異的二次集合電池，包括： 一箱體、設置於該箱體內之至少一二次電池組及一充電平衡系統，該充 電平衡系統分別具有電性連接之至少一電池狀態偵測單元及至少一熱消耗元件，該些熱消耗元件供以消耗各該二次電池組之過充電能，其特徵在於： 該箱體具有以一隔板分隔成兩獨立空間形態之一熱耗腔室及一容置腔 室，該散熱板及該熱消耗元件固設於該熱耗腔室內，該二次電池組及各該電池狀態偵測單元裝設於該容置腔室內，該電池狀態偵測單元與對應的該二次電池組電性連接，該電池狀態偵測單元與對應的該二次電池組電性連結成模組形態，該電池狀態偵測單元偵測於同一模組內對應的該二次電池組之狀態，並控制對應的該二次電池組充放電，而該電池狀態偵測單元包括電訊連接之一偵測單元、一比較單元及一控制單元，該偵測單元供以偵測該二次電池組之電位，該比較單元內具有一預設範圍值，該控制單元供以控制電性連接的該二次電池組放電； 藉此，該箱體之熱耗腔室及容置腔室將相對高工作溫度之該熱消耗元件 與必須保持相對低工作溫度的該電池狀態偵測單元及二次電池組確實隔 離，且該偵測單元分別獨立的偵測該二次電池組之電位，該比較單元並依據 偵測之電位與該預設範圍值進行比對，當該二次電池組之電位超過該預設範 圍值時，該控制單元則控制該二次電池組釋放電能至該熱消耗元件。
5. 如申請專利範圍第4項所述之以空間隔離工作溫度差異的二次集合電池，其中， 另包括至少一接頭組，該接頭組具有一第一接頭及一第二接頭，該第一接頭與對應的該電池狀態偵測單元電性連接，該第二接頭與對應的該熱消耗元件電性連接，該第一接頭能夠拆離的與該第二接頭結合。
6. 如申請專利範圍第4項所述之以空間隔離工作溫度差異的二次集合電池，其中，該二次電池組連接至一總控制單元，另具有一溫度開關，該溫度開關係貼附於該散熱板，該溫度開關內預設有一閥值，該溫度開關與該總控制單元控制連接，該溫度開關供以偵測溫度，當溫度超過該閥值時，該溫度開關控制該總控制單元關閉。
7. 如申請專利範圍第4項所述之以空間隔離工作溫度差異的二次集合電池，其中，該電池狀態偵測單元另包括一保護開關，該比較單元內具有一預設極值，當該二次電池組之電位達該預設極值時，該保護開關則控制該對應之二次電池組開路。
8. 如申請專利範圍第4項所述之以空間隔離工作溫度差異的二次集合電池，其中，該箱體內另設置一散熱板，該散熱板係為金屬材質製成，並與該熱消耗元件結合容置於該箱體之熱耗腔室內。