TWI696205B - 可提高安全性的電池模組 - Google Patents
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Abstract
本發明提供一種可提高安全性的電池模組，包括至少一固定架、複數個電池芯、複數個導電片及複數個保護單元，其中電池芯設置於固定架上。各個導電片分別串聯兩個電池芯，而各個保護單元則分別連接兩個導電片，使得導電片連接的電池芯透過保護單元並聯。當保護單元的溫度大於一預設溫度，或者是通過保護單元的電流大於一預設電流時，保護單元將會熔斷，藉此以防止並聯的電池芯對故障的電池芯不正常充電，而導致故障的電池芯燒熔或爆炸的情形發生，並有利於提高電池模組的安全性。
Description
本發明提供一種可提高安全性的電池模組，可防止並聯的電池芯對故障的電池芯不正常充電，而導致故障的電池芯燒熔或爆炸的情形發生，並有利於提高電池模組的安全性。
充電電池被廣泛地應用於許多產品中，例如筆記型電腦、平板電腦、行動通訊裝置、電動自行車、電動機車或電動車。通常會將複數個電池芯(Cell)連接，以形成一電池組，並調整各個電池芯的串聯及/或並聯，使得電池組可輸出產品需要的電壓。
一般而言，可將複數個電池芯設置在一固定架上，並透過導電片串聯及並聯各個電池芯，以形成電池組，並將電池組安裝在產品上。
在實際應用時，若電池組中的其中一個電池芯故障而導致短路時，將會造成其他正常的電池芯對短路的電池芯進行大電流的充電，進而導致短路的電池芯的溫度不正常的上升。當溫度超過電池芯內部的隔離層所能承受的溫度時，將會造成隔離層溶解，使得電池芯的正負極材料短路，進而引發電池芯燒熔或爆炸的情形。
本發明一目的，在於提供一種可提高安全性的電池模組，包括複數個電池芯、複數個導電片及複數個保護單元，其中導電片用以串聯電池芯，而保護單員則用以並聯電池芯。當保護單元的溫度過高及/或電流過大時，將會使得保護單元燒熔，並斷開故障的電池芯及並聯的正常的電池芯，以防止故障的電池芯燒熔或爆炸。
本發明一目的，在於提出一種可提高安全性的電池模組，包括複數個電池芯、至少一固定架、複數個導電片及複數個保護單元，其中電池芯設置在固定架上，並可以矩陣方式排列。在第一方向上相鄰的電池芯以正負極相反的方式設置，而在第二方向上的電池芯則以正負極相同的方式設置。各個導電片分別串聯第一方向上相鄰的兩個電池芯，而各個保護單元則用以連接第二方向上相鄰的兩個導電片，使得第二方向上相鄰的兩個導電片連接的電池芯經由保護單元並聯。
本發明提出一種可提高安全性的電池模組，包括：至少一固定架；複數個電池芯，設置於固定架；複數個導電片，分別串聯兩個電池芯；及至少一保護單元，連接兩個導電片，使得連接導電片的電池芯並聯，其中當保護單元的溫度大於一預設溫度，或者是通過保護單元的電流大於一預設電流時，保護單元將會斷開。
所述可提高安全性的電池模組，其中保護單元為一溫度保險絲、一電流保險絲、一焊錫絲、一單芯銅線、一自復式保險絲或一電阻。
所述可提高安全性的電池模組，其中複數個電池芯沿著一第一方向及一第二方向以矩陣方式排列，第一方向垂直第二方向，第一方向上相鄰的電池芯的設置方向相反，而第二方向上相鄰的電池芯的設置方向則相同。
所述可提高安全性的電池模組，其中導電片串聯電池芯，並形成一串聯電池芯組，且保護單元並聯兩個串聯電池芯組的電池芯。
所述可提高安全性的電池模組，其中固定架的一表面包括複數個電池芯凹槽，用以容納及固定電池芯，而固定架的另一表面則包括複數個導電片凹槽，用以容納導電片，且電池芯凹槽連通導電架凹槽。
所述可提高安全性的電池模組，其中固定架的數量為兩個，並分別設置在電池芯的兩端。
所述可提高安全性的電池模組，包括一第一導電片及一第二導電片，第一導電片及第二導電片分別並聯部分電池芯，並作為可提高安全性的電池模組的輸出端或輸入端。
所述可提高安全性的電池模組，包括複數個第一導電片及複數個第二導電片，各個第一導電片及各個第二導電片分別連接其中一電池芯，其中兩個第一導電片透過保護單元相連接，而兩個第二導電片亦透過保護單元相連接。
所述可提高安全性的電池模組，其中導電片用以串聯電池芯，而保護單元則用以並聯電池芯。
請參閱圖1及圖2，分別為本發明可提高安全性的電池模組一實施例的立體分解示意圖及立體示意圖。如圖所示，本發明實施例所述的電池模組10包括至少一固定架11、複數個電池芯13、複數個導電片15及複數個保護單元17，其中固定架11用以固定電池芯13，導電片15用以串聯電池芯13，而保護單元17則用以並聯電池芯13。
在本發明一實施例中，複數電池芯13可以矩陣方式排列，其中電池芯13沿著第一方向X及第二方向Y排列，且第一方向X垂直第二方向Y。在第一方向X上相鄰的電池芯13的設置方向相反，其中相鄰的電池芯13的正負極分別朝相反的方向，例如沿著第一方向X設置的電池芯13以正負極交錯的方式排列，而在第二方向Y上相鄰的電池芯13的設置方向則相同。當然上述電池芯13的排列方式僅為本發明一實施例，在實際應用時電池芯13亦可不以矩陣方式排列。
固定架11主要用以固定電池芯13，其中固定架11可包括複數個電池芯凹槽111，用以容納及固定電池芯13。例如電池芯凹槽111可以矩陣方式設置在固定架11的其中一表面上，而各個電池芯13則分別插入各個電池芯凹槽111，使得電池芯13以矩陣方式排列在固定架11上。
在本發明一實施例中，固定架11的數量可為兩個，具有相近或相同的構造，並分別設置在電池芯13的兩端，藉此將電池芯13固定在兩個固定架11之間。例如電池芯13的一端設置在其中一個固定架11，並形成如圖3或圖5所述的構造，而電池芯13的另一端則設置在另一個固定架11，並形成如圖4及圖6所述的構造。
各個導電片15分別連接兩個電池芯13，以串聯兩個電池芯13，例如導電片15可透過點焊或雷射焊接等方式，分別連接相鄰的兩個電池芯13的正極及負極。當電池芯13以矩陣方式排列時，導電片15用以連接沿著第一方向X設置的相鄰的兩個電池芯13，其中在第一方向X上相鄰的兩個電池芯13的正負極是朝相反的方向，使得在第一方向X上的多個電池芯13經由多個導電片15串聯，並形成一串聯電池芯組131，請配合參閱圖3及圖4。導電片15可由金屬材質所製成，例如可為鎳片、銅片等低電阻的材料。
在本發明一實施例中，固定架11未設置電池芯凹槽111的表面上可設置複數個導電片凹槽113，其中各個電池芯凹槽111分別連通一導電片凹槽113。導電片15可設置在導電片凹槽113內，並電性連接與導電片凹槽113連通的電池芯凹槽111內的電池芯13。
各個保護單元17分別連接兩個導電片15，使得兩個導電片15並聯，而連接導電片15的電池芯13亦經由保護單元17並聯。當保護單元17的溫度大於一預設溫度，或者是通過保護單元17的電流大於一預設電流時，保護單元17將會斷開。
當電池模組10的其中一個電池芯13故障而短路時，其他正常的電池芯13將會經由保護單元17對並聯的短路電池芯13充電，使得通過保護單元17的電流增加，並造成保護單元17的溫度上升。當保護單元17的電流大於預設電流及/或保護單元17的溫度大於預設溫度時，保護單元17將會熔斷，並在其他正常的電池芯13與並聯的短路電池芯13之間形成斷路，使得正常的電池芯13不會對並聯的短路電池芯13充電。
透過本發明所述的電池模組10，可防止習用技術所述其他正常的電池芯13不斷對短路的電池芯13進行大電流充電，因此可避免短路的電池芯13的溫度不正常上升，藉此可有效降低電池芯13燒熔或爆炸的情形發生，以提高電池模組10的使用安全性。
具體而言，本發明所述的保護單元17可包括但不侷限於溫度保險絲、電流保險絲、焊錫絲、單芯銅線、自復式保險絲(PTC)、電阻等會因為電流及/或溫度上升而斷開的元件。例如焊錫絲的熔點相對低，因此當焊錫絲的溫度上升時，焊錫絲將會熔斷，以斷開短路的電池芯與並聯的正常的電池芯。由於焊錫絲的設置成本低，且只需要使用一般的電烙鐵或焊槍，便可將焊錫絲(保護單元17)連接兩個導電片15，以並聯電池芯13。此外單芯銅線及電阻的特性亦與焊錫絲相近，並可以類似的方式設置，同樣具有設置成本低及設置容易的優點。
在實際應用時可透過保護單元17的材料、長度、寬度及/或截面積改變預設溫度及/或預設電流的大小，以預設溫度進行說明，一般含有鉛的錫絲大約會在攝氏190度左右熔斷，而無鉛的錫絲則約會在攝氏220度左右熔斷。若電池芯13失效時所產生的溫度為攝氏600度以上，則在電池芯13過熱、燒熔或爆炸之前錫絲(保護單元17)便會先熔斷，並斷開失效的電池芯13與並聯的正常電池芯13之間的連接。以預設電流進行說明，一般的錫絲大約在通過40～50A的電流時，會因為高溫而熔斷，而電池芯13短路時流過的電流約為100～200A，因此在電池芯13的電流過大之前，錫絲(保護單元17)便會先熔斷，並斷開失效的電池芯13與並聯的正常電池芯13之間的連接，其中電池芯13短路時所流過的電流值與電池芯13的特性及並聯的電池芯13數量相關。
另外若選擇以0603尺寸的1歐姆電阻作為保護單元17時，大約可以承受1/10W的能量。當瞬間電流為100A時，產生的能量將遠高於電阻所能承受的範圍，並導致電阻熔斷，同樣可斷開失效的電池芯13與並聯的正常電池芯13之間的連接。
電池模組10還包括至少一第一導電片151及至少一第二導電片153，其中第一導電片151及第二導電片153用以並聯部分的電池芯13，並作為電池模組10的輸出端及/或輸入端，如圖1至圖4所示。例如電池芯13可為充電電池，並可由第一導電片151及第二導電片153輸出電能，或者是經由第一導電片151及第二導電片153對各個電池芯13充電。一般而言，第一導電片151及第二導電片153通常會連接最靠側邊的一個或多個電池芯13，例如連接或並聯最靠側邊且沿著第二方向Y設置的複數個電池芯13。
在本發明另一實施例中，第一導電片151及第二導電片153的數量可為複數個，其中各個第一導電片151及各個第二導電片153分別連接一個電池芯13，如圖5及圖6所示。此外相鄰的兩個第一導電片151及相鄰的第二導電片153分別透過一保護單元17連接，藉此以保護第一導電片151及第二導電片153連接的電池芯13。
在本發明一實施例中，複數個電池芯13排列為9乘3的矩陣，其中第一方向X排列了九個電池芯13，而第二方向Y則排列了三個電池芯13，且第一方向X約略與第二方向Y垂直，如圖3及至圖4所示。換言之，電池模組10可包括二十七個電池芯13、二十四個導電片15及十六個保護單元17，其中在第一方向X上的九個電池芯13透過八個導電片17串聯，並形成一串聯電池芯組131。此外在第二方向Y上的三個電池芯13則透過兩個保護單元17並聯，例如可將三個串聯電池芯組131層疊設置，並透過八個保護單元17連接相鄰的兩個串聯電池芯組131，其中保護單元17連接相鄰的兩個導電片17，以並聯相鄰的兩個串聯電池芯組131的電池芯13。
換言之，在本發明上述實施例中，主要將第一方向X的九個電池芯13串聯，以提高電池模組10輸出的電壓，並將第二方向Y上的三個電池芯13並聯，以增加電池模組10的電量。具體而言，當電池芯13為3.7V的鋰電池芯時，電池模組10將可產生33.3V的電壓。當然上述電池芯13、導電層15及保護單元17的數量及設置方式僅為本發明一實施例，並非本發明權利範圍的限制，在實際應用時電池芯13、導電層15及保護單元17的數量及設置方式可依據產品的需求調整。
在本發明一實施例中，電池模組10可包括一保護板19，電性連接電池芯13，其中保護板19可包括保護電路板及PTC(自復式保險絲)等電流器件，用準確的監控電池芯13的電壓及充放電流，並及時控制電流迴路的通斷，並可在高溫環境下防止電池芯13的損壞。
以上所述者，僅為本發明之一較佳實施例而已，並非用來限定本發明實施之範圍，即凡依本發明申請專利範圍所述之形狀、構造、特徵及精神所為之均等變化與修飾，均應包括於本發明之申請專利範圍內。
10:電池模組
11:固定架
111:電池芯凹槽
113:導電片凹槽
13:電池芯
131:串聯電池芯組
15:導電片
151:第一導電片
153:第二導電片
17:保護單元
19:保護板
圖1：為本發明可提高安全性的電池模組一實施例的立體分解示意圖。
圖2：為本發明可提高安全性的電池模組一實施例的立體示意圖。
圖3及圖4：分別為本發明可提高安全性的電池模組一實施例在不同表面的側視圖。
圖5及圖6：分別為本發明可提高安全性的電池模組又一實施例在不同表面的側視圖。
10:電池模組
11:固定架
111:電池芯凹槽
113:導電片凹槽
13:電池芯
15:導電片
151:第一導電片
153:第二導電片
17:保護單元
19:保護板
Claims (8)
- 一種可提高安全性的電池模組，包括：至少一固定架；複數個電池芯，設置於該固定架；複數個導電片，分別串聯兩個該電池芯；一第一導電片及一第二導電片，該第一導電片及該第二導電片分別並聯部分該電池芯，並作為該可提高安全性的電池模組的輸出端或輸入端；及至少一保護單元，連接兩個該導電片，使得連接該導電片的該電池芯並聯，其中當該保護單元的溫度大於一預設溫度，或者是通過該保護單元的電流大於一預設電流時，該保護單元將會斷開。
- 如申請專利範圍第1項所述可提高安全性的電池模組，其中該保護單元為一溫度保險絲、一電流保險絲、一焊錫絲、一單芯銅線、一自復式保險絲或一電阻。
- 如申請專利範圍第1項所述可提高安全性的電池模組，其中該複數個電池芯沿著一第一方向及一第二方向以矩陣方式排列，該第一方向垂直該第二方向，該第一方向上相鄰的該電池芯的設置方向相反，而該第二方向上相鄰的該電池芯的設置方向則相同。
- 如申請專利範圍第1項所述可提高安全性的電池模組，其中該導電片串聯該電池芯，並形成一串聯電池芯組，且該保護單元並聯兩個該串聯電池芯組的該電池芯。
- 如申請專利範圍第1項所述可提高安全性的電池模組，其中該固定架 的一表面包括複數個電池芯凹槽，用以容納及固定該電池芯，而該固定架的另一表面則包括複數個導電片凹槽，用以容納該導電片，且該電池芯凹槽連通該導電架凹槽。
- 如申請專利範圍第5項所述可提高安全性的電池模組，其中該固定架的數量為兩個，並分別設置在該電池芯的兩端。
- 如申請專利範圍第1項所述可提高安全性的電池模組，其中該導電片用以串聯該電池芯，而該保護單元則用以並聯該電池芯。
- 一種可提高安全性的電池模組，包括：至少一固定架；複數個電池芯，設置於該固定架；複數個導電片，分別串聯兩個該電池芯；複數個第一導電片及複數個第二導電片，各個該第一導電片及各個該第二導電片分別連接其中一該電池芯，其中兩個該第一導電片透過該保護單元相連接，而兩個該第二導電片亦透過該保護單元相連接；及至少一保護單元，連接兩個該導電片，使得連接該導電片的該電池芯並聯，其中當該保護單元的溫度大於一預設溫度，或者是通過該保護單元的電流大於一預設電流時，該保護單元將會斷開。
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