TWI672846B - 電池模組 - Google Patents

Abstract

一種電池模組，包含一個包括複數電池芯、一框架及二導電組件之主體單元、一包覆該主體單元之殼體、一安裝於該框架之第一導熱單元，及一安裝於該複數個導電組件之第二導熱單元。該第一導熱單元包括複數個一端與至少一電池芯接觸，另一端與該殼體接觸之一第一組件；而該第二導熱單元包括一端與該複數個導電組件接觸，另一端與該殼體接觸之一第二本體。如此便在維持該殼體的包覆性下，有效地將該複數個電池本體與該導電極片產生的熱能，傳導至該殼體，並對該殼體進行散熱。

Description

電池模組

本發明是有關於一種電池模組，特別是指一種能將熱向外傳導之電池模組。

現有之車輛(如：機車、汽車、電動車)需要一電池模組1供應電能，方可維持運作。參閱圖1，傳統的電池模組1包含複數電池芯11、複數導電極片12、一安裝該複數個導電極片之底座13，及一安裝該底座13，並包覆該複數個電池芯11與該複數個電極導片12的防水殼體14。該複數個導電極片12焊接於該複數個電池芯11，使該複數個電池芯11串聯或並聯，進而輸出一適當的電能。由於車輛多是在戶外使用，必須考量到包含雨天等惡劣氣候，故該防水殼體14用以防止該複數個電池芯11與該複數個電極導片12因受潮而失效。

該複數個電池芯11在充放電時，該複數個電池芯11及該複數個導電極片12會不停地產生熱能(以下簡稱該複數個電池芯11及該複數個導電極片12為該複數個熱源)，所述熱能將持續累積在該複數個熱源，使該電池模組1長期處於高溫，如此將導致該複數個電池芯11壽命減少，甚至有燃燒或爆炸的風險。故有效地將熱能導出該複數個熱源外是極為重要的。

常見的散熱系統則包含水冷、自然空冷及強制空冷，並可依散熱的對象不同而分成直接散熱跟間接散熱。直接散熱是直接針對該複數個熱源進行散熱；間接散熱則不直接針對該複數個熱源進行散熱，而是等待熱能傳導至該底座13或位於該防水殼體14內部之空氣，再傳導至該防水殼體14後，再針對該防水殼體14進行散熱。

續參閱圖1，為該電池模組1配合一水冷系統的情況。該水冷系統包含一穿設於該防水殼體14，並圍繞於該複數個電池芯11及該複數個導電極片12之水管15、一流動於該水管15的冷卻液16，及一與該水管15連接之幫浦17。藉由該幫浦17使該水管15內的冷卻液16流動，即能讓相對較低溫的該冷卻液16，直接對相對較高溫的熱源進行散熱。然而，該水冷系統的成本昂貴，並且需要一定的設置空間，該冷卻液17亦可能產生洩漏的疑慮，故水冷系統並不適合應用於量產的該電池模組1。

自然空冷是利用流動於該電池模組1的周遭，且溫度相對較低的空氣，使該電池模組1的熱能散熱至外界。但由於車用的電池模組1需具有良好的防水性能，因此該防水殼體14是密閉的，故自然空冷只能間接地對非熱源的該防水殼體14進行散熱。參閱圖2，為該電池模組1配合一強制空冷系統的情況。該強制空冷系統包含一位於該防水殼體14外之散熱扇18，用以引入氣體吹拂該電池模組1。同樣地因為考慮防水性能，該散熱扇18無法直接對該複數個熱源散熱，故強制氣冷系統也只能間接地對非熱源的該防水殼體14進行散熱。

因此，為了維持該防水殼體14的防水效能，不論是自然空冷或強制氣冷系統，皆只能等待熱能透過該底座13或位於該防水殼體14內的空氣，傳導至該防水殼體14後，再針對該防水殼體14進行散熱。但由於該底座13及空氣的導熱性皆不佳，因此大部分熱能仍然累積在該複數個電池芯11及該複數個導電極片12，使得該電池模組1的溫度持續升高。於是，考量到針對該複數個熱源產生之熱能進行散熱的需求，勢必需要一種在維持該防水殼體14之防水效能的同時，又能有效將熱能導出的方案。

[發明欲解決之課題]

因此，本發明之目的，即在提供一種維持防水性的同時，得以將運作產生之熱能向外導出而進行散熱的電池模組。

[解決問題之技術手段]

於是，本發明申請專利範圍第1項之發明，一種電池模組包含一主體單元、一包覆該主體單元之殼體、一安裝於該框架的第一導熱單元，及一安裝於該複數個導電組件的第二導熱單元。

該主體單元包括複數電池芯、一容納該複數個電池芯之框架，及二分別焊接於該複數個電池芯之導電組件。每一電池芯具有一電池本體，及二分別位於該電池本體兩相反側之電極。該複數個導電組件分別焊接於該複數個電極。該殼體包括位於相反兩側之一內表面及一外表面，該內表面界定出一容納該主體單元之容室。

該第一導熱單元包括複數安裝於該框架，且一端與該殼體接觸，另一端與至少一電池本體接觸的第一組件。

該第二導熱單元，材質為絕緣體，並包括複數安裝於該複數個導電組件，並與該殼體之內表面接觸之第二本體。

本發明申請專利範圍第2項之發明，其中，每一第二本體是一導熱矽膠。

本發明申請專利範圍第3項之發明，其中，該第一導熱單元還包括分別由該複數個第一組件圍繞出之腔室，及複數分別容納在該複數個腔室之導熱液。

本發明申請專利範圍第4項之發明，其中，該第一組件具有一圍繞出該腔室的基件，及一包覆於該基件外圍並與至少一電池芯接觸的圍繞件，該複數個圍繞件的材質為導熱矽膠。

本發明申請專利範圍第5項之發明，其中，該第一組件具有一圍繞出該腔室的基件，及一包覆於該基件外圍並與至少一電池芯接觸的圍繞件，每一個圍繞件是一導熱塗膠。

本發明申請專利範圍第6項之發明，其中，該殼體還包括複數由該殼體之外表面，往遠離該複數個電池芯的方向延伸之鰭片。

本發明申請專利範圍第7項之發明，其中，該殼體還包括複數由該殼體之外表面，往遠離該複數個電池芯的方向延伸之突伸件，每一突伸件圍繞界定出一個兩端貫通的溝渠槽。

本發明申請專利範圍第8項之發明，其中，該框架還包括複數分別供該複數個第一組件安裝之凹槽。

本發明申請專利範圍第9項之發明，其中，該殼體的材質為鋁。

[本發明之效果]

本發明申請專利範圍第1項的發明中，藉由與熱源(該複數個電池芯、該複數個導電極片)直接接觸的該第一導熱單元及第二導熱單元，就能在不破壞該殼體防水性能的情況下，快速地將熱能導熱至該殼體。

本發明申請專利範圍第2項的發明中，由於導熱矽膠同時具備良好的絕緣性跟導熱性，便能有效地將該導電組件的熱能導熱至該殼體，同時防止電能傳輸至該殼體而導致短路。

本發明申請專利範圍第3項的發明中，藉由該第一導熱單元之導熱液，更能快速地吸收將該複數個電池本體的熱能，並且傳導至該殼體。

本發明申請專利範圍第4項的發明中，藉由導熱性更佳的該第一組件之導熱矽膠，更能有效地將該複數個電池本體的熱能，傳導至該殼體。

本發明申請專利範圍第5項的發明中，藉由該複數個導熱塗膠將該複數個第一組件穩定地黏貼於該複數個電池本體，以防止該複數個第一組件與該複數個電池本體分離，而使得導熱效果喪失。

本發明申請專利範圍第6項的發明中，藉由向外突出的鰭片，以增加該殼體與空氣的接觸面積，進而增強散熱的效果。

本發明申請專利範圍第7項的發明中，藉由向外突出的突伸件，及貫穿該複數個突伸件之溝渠槽，以增加該殼體與空氣的接觸面積，進而增強散熱的效果。

本發明申請專利範圍第8項的發明中，藉由該複數個凹槽，使該複數個第一組件能穩定地安裝於該框架，保持該複數個第一組件恆緊緻地貼附於該複數個電池本體。

本發明申請專利範圍第9項的發明中，藉由鋁良好的導熱特性，優化該殼體的散熱性質。

在本發明被詳細描述之前，應當注意在以下的說明內容中，類似的元件是以相同的編號來表示。

參閱圖3與圖4，本發明電池模組之一第一實施例，包含一主體單元2、一包覆該主體單元2之殼體3、一安裝於該框架22之第一導熱單元4，及一安裝於該複數個導電組件23之第二導熱單元5。

該主體單元2包括複數電池芯21、一容納該複數個電池芯21之框架22，及二分別焊接於該複數個電池芯21之導電組件23。每一電池芯21具有一電池本體211，及二分別位於該電池本體211兩相反側之電極212(繪示於圖6)。該導電組件23具有複數導電極片231。該複數個導電極片231是分別焊接於該複數個電極212，使該複數個電池芯21串聯或並聯，進而輸出一適當的電能。該框架22包括複數凹槽221。

參閱圖5，該殼體3的材質是導熱性佳的鋁，並包括位於相反兩側之一內表面31及一外表面32，及一由該內表面31界定出，並容納該主體單元2之容室311。

參閱圖5與圖6，該第一導熱單元4包括複數安裝於該框架22之第一組件41、複數分別由該複數個第一組件41圍繞出之腔室42，及複數分別容納在該複數個腔室42之導熱液43。該第一組件41與該殼體3及多數電池本體211接觸，並具有一圍繞出該腔室42的基件411，及一包覆於該基件411外圍並與至少一電池芯21接觸的圍繞件412。該框架22之凹槽221供該複數個第一組件41安裝，使該第一組件41恆緊緻地貼附於該複數個電池本體221。

該第二導熱單元5為絕緣體，並包括複數安裝於該複數個導電極片231，且與該殼體3之內表面31接觸之第二本體51。該複數個第二本體51的材質是同時具備絕緣性及良好導熱性的導熱矽膠，便能在導熱的同時防止電能傳導至該殼體3造成短路。

當該第一實施例傳輸電能時，該主體單元2將持續產生熱能，產生的熱能來源有二種：一種是當儲存於該複數個電池芯21之化學能轉變為電能時，部分的化學能將轉變為熱能，並使得該複數個電池本體211的溫度升高；另一種是當電能傳輸於該複數個導電極片231時，部分電能將因碰撞到該複數個導電極片231之材料的晶格而轉變為熱能，並使得該複數個導電極片231的溫度升高。

第一種由化學能轉變出之熱能，將藉由與該複數個電池本體211直接接觸的該複數個圍繞件412，傳導至該複數個基件411及該複數個導熱液43，該複數個導熱液43吸收熱能後由液態轉變為氣態，因而得以迅速地將熱能傳導至該殼體3。而第二種因傳輸電能而產生的熱能，將藉由同時與該複數個導電極片231及該殼體3直接接觸的該複數個第二本體51，快速地傳導至該殼體3。於是，這兩種熱能便能在保持該殼體3的防水效能下，依上述的途徑快速地傳導至該殼體3。

藉由該第一導熱單元4及該第二導熱單元5的設計，這兩種熱能即得以依上述途徑，快速地傳導至該殼體3。此時，只要再針對該殼體3進行散熱，便能有效地使該電池模組降溫。實際實施時，可對該殼體3實施自然空冷或是強制氣冷，即能有效對自該複數個電池芯21及該複數個導電極片231所傳導至該殼體3的熱能進行散熱，以藉此解決該複數個電池芯21運作時可能累積熱能的問題。

續參閱圖5與圖6，該殼體3還包括複數由該殼體3之外表面32，往遠離該複數個電池芯21的方向延伸之鰭片33，及複數由該外表面32，往遠離該複數個電池芯21的方向延伸之突伸件34。每一突伸件34圍繞界定出一個兩端貫通的溝渠槽341。該複數個鰭片33、該複數個突伸件34，及該複數個溝渠槽341皆能讓該殼體3與空氣的接觸面積增加，藉此使該殼體3更有利於配合所設計的散熱方案而進行散熱。

參閱圖7，本發明電池模組之一第二實施例，其結構與該第一實施例大致相同，不同之處在於：該複數個圍繞件412的材質為導熱矽膠，藉由導熱性佳的導熱矽膠，便能快速地傳導該複數個電池本體211之熱能到該第一導熱單元4，最後導熱至該殼體3，以達到良好的導熱效果。

參閱圖8，本發明電池模組之一第三實施例，其結構與該第一實施例大致相同，不同之處在於：每一圍繞件412是一導熱塗膠，藉此將該第一組件41穩定地黏貼在該複數個電池本體211，用以防止該複數個第一組件41與該複數個電池本體211分離而失去導熱的效果。例如，若搭載該第三實施例之車輛行駛而產生震動時，該第一組件41仍能藉由導熱塗膠的黏結力，穩定地固定於該電池本體211，不會因所述的震動而分離。

綜上所述，本發明電池模組藉由直接與熱能來源接觸的該第一導熱單元4及第二導熱單元5，將熱能快速傳導至該殼體3，再針對該殼體3進行散熱。如此便能不破壞該殼體3之防水功能的情況下，有效地使該複數個電池本體211及該導電極片231降溫，故確實能達成本發明之目的。

惟以上所述者，僅為本發明之實施例而已，當不能以此限定本發明實施之範圍，凡是依本發明申請專利範圍及專利說明書內容所作之簡單的等效變化與修飾，皆仍屬本發明專利涵蓋之範圍內。

2‧‧‧主體單元

21‧‧‧電池芯

211‧‧‧電池本體

212‧‧‧電極

22‧‧‧框架

221‧‧‧凹槽

23‧‧‧導電組件

231‧‧‧導電極片

3‧‧‧殼體

31‧‧‧內表面

311‧‧‧容室

32‧‧‧外表面

33‧‧‧鰭片

34‧‧‧突伸件

341‧‧‧溝渠槽

4‧‧‧第一導熱單元

41‧‧‧第一組件

411‧‧‧基件

412‧‧‧圍繞件

42‧‧‧腔室

43‧‧‧導熱液

5‧‧‧第二導熱單元

51‧‧‧第二本體

本發明之其他的特徵及功效，將於參照圖式的實施方式中清楚地呈現，其中： 圖1是一示意圖，說明一傳統的電池模組搭配一強制氣冷系統； 圖2是一示意圖，說明該傳統的電池模組搭配一水冷系統； 圖3是一立體分解圖，說明本發明電池模組之一第一實施例； 圖4一立體圖，輔助圖3說明該第一實施例組裝後的情況； 圖5是一剖視圖，說明該第一實施例的一第一導熱單元安裝於該殼體之凹槽； 圖6是一剖視圖，說明該第一實施例的該第一導熱單元接觸於該複數個電池芯； 圖7是一剖視圖，說明本發明電池模組之一第二實施例；及 圖8是一剖視圖，說明本發明電池模組之一第三實施例。

Claims (4)

1. 一種電池模組，包含：一主體單元，包括複數電池芯、一容納該複數個電池芯之框架，及二分別焊接於該複數個電池芯之導電組件，每一電池芯具有一電池本體，及二分別位於該電池本體兩相反側之電極，該框架具有複數個凹槽，該複數個導電組件分別焊接於該複數個電極；一殼體，材質為鋁，並包括位於相反兩側之一內表面、一外表面，及複數個由該外表面往遠離該複數個電池芯的方向延伸之鰭片，其中，該內表面界定出一容納該主體單元之容室；一第一導熱單元，包括複數分別安裝於該等凹槽且一端與該殼體接觸而另一端與至少一電池本體接觸的第一組件、複數個分別由該第一組件圍繞出之腔室，及複數分別容納在該複數個腔室之導熱液；及一第二導熱單元，材質為導熱矽膠，並包括複數安裝於該複數個導電組件，並與該殼體之內表面接觸之第二本體。
2. 如請求項1所述的電池模組，其中，該第一組件具有一圍繞出該腔室的基件，及一包覆於該基件外圍並與至少一電池芯接觸的圍繞件，該複數個圍繞件的材質為導熱矽膠。
3. 如請求項1所述的電池模組，其中，該第一組件具有一圍繞出該腔室的基件，及一包覆於該基件外圍並與至少一電池芯接觸的圍繞件，每一個圍繞件是一導熱塗膠。
4. 如請求項1所述的電池模組，其中，該殼體還包括複數由該殼體之外表面，往遠離該複數個電池芯的方向延伸之突伸件，每一突伸件圍繞界定出一個兩端貫通的溝渠槽。