TWI734179B

TWI734179B - 具有散熱功能之電池組

Info

Publication number: TWI734179B
Application number: TW108130208A
Authority: TW
Inventors: 傅世澤; 謝祥謙
Original assignee: 大陸商太普動力新能源（常熟）股份有限公司
Priority date: 2019-08-23
Filing date: 2019-08-23
Publication date: 2021-07-21
Also published as: TW202110314A

Abstract

一種電池組包含一電池模塊。該電池模塊包含多個電池芯及一曲折隔板。曲折隔板被放置於兩電池芯之間，該曲折隔板與該些電池芯界定出多個通道，用以供一流體流經該些通道，使該流體直接接觸界定出該些通道的該些電池芯的部分，而對該些電池芯進行導熱。

Description

具有散熱功能之電池組

本發明關於一種電池組，尤其關於一種具有散熱功能之電池組。

一般電池於充放電過程中，因電子在充填材料中運行，而造成電池本體溫度上升，當溫度不斷地上升進而超過電池工作區間溫度，其對電池本體本身供電效率與電池壽命造成重大之影響，所以需將所產生的熱能帶走，對電池進行散熱，保持電池能在其正常工作區間溫度下運行。現有技術的電池導熱方式，舉例說明如下。一現有結構為風流僅通過電池芯(Cell)側邊封邊區域，無法有效對電池進行散熱及均溫控制，另一現有結構為須二個冷卻板與相關支撐結構才能形成風道，不僅結構複雜、成本高、且維修不易。

中國專利公開第CN101076240A號，揭示一種電池的散熱結構。圖1顯示習知技術之電池模塊結構的示意圖。如圖1所示，習知超級電容器、電池等儲能裝置用的冷卻、散熱結構，包括電池芯102，在電池芯102的四周週邊套有與其式樣相同的散熱片101，散熱片101內部做成相對比較平滑的平面，散熱片101與電池芯102結合面緊密結合，散熱片101的高度尺寸小於電池芯102之外殼的高度尺寸，散熱片101兩端的外側做成橫向凸凹形狀，當多個電池芯102組合在一起時，散熱片101的突起部分正好依次相對，中間形成通風道103。當多個電池芯102組合為一個電池模塊時，四周設有百葉窗形成一個電容倉，在電容倉的上方設有風扇。

鋰聚合物電池(Li-polymer)是由鋰離子電池演化而來。例如，中國專利第CN205355199U號公開一種鋰聚合物電池。現今生產的商用鋰聚合物電池是以具彈性的軟膜式的層壓包裝，這與具金屬硬殼的柱狀的鋰離子電池有所不同。鋰離子電池的硬殼需要提供把絕緣體和電極固定在一起的壓力，而鋰聚合物電池的包裝由於電極片和絕緣體是層疊在彼此上面而不需要這樣的壓力。由於缺少了金屬硬殼，這樣的電池包可以比硬式電池本身減少20%的重量。

然而，將多個鋰聚合物電池組合成一個電池組時，一樣會有如何進行有效率地散熱的問題。

本發明一實施例之目的在於，提供一種利用曲折隔板進行散熱的電池組。

依據本發明一實施例，一種電池組包含一電池模塊。該電池模塊包含多個電池芯及至少一曲折隔板。該至少一曲折隔板分別地被放置於該些電池芯的一側面，該至少一曲折隔板與該些電池芯界定出多個通道，用以供一流體流經該些通道，使該流體直接接觸界定出該些通道的該些電池芯的部分，而對該些電池芯進行導熱。

於一實施例中，該至少一曲折隔板是導熱材質構成，藉以增加對熱傳導率，加速該流體對該些電池芯進行導熱的效率。

於一實施例中，該至少一曲折隔板的形狀為方形波浪或圓弧形波浪。

於一實施例中，該些電池芯包含一軟質包裝體，該軟質包裝體的至少一部分，向該些通道的內部突出。

於一實施例中，該些電池芯的該軟質包裝體的至少另一部分，平貼於該至少一曲折隔板的一支撐區。

於一實施例中，該電池模塊更包含一中間層，該中間層位於該至少一曲折隔板的一支撐區與該些電池芯之間。

於一實施例中，該些電池芯更包含至少一電極，該至少一電極設於該些電池芯的一第一側。而且，靠近該至少一電極側的該至少一曲折隔板的通道的寬度，大於在遠離該至少一電極側的該至少一曲折隔板的通道的寬度；或者靠近該至少一電極側的通道的該至少一曲折隔板的厚度，大於在遠離該至少一電極側的通道的該至少一曲折隔板的厚度。

於一實施例中，電池組更包含一風扇及一殼體。該風扇用以產生一氣流作為該流體。該殼體用以容置該風扇及該電池模塊。該風扇設於該電池模塊的側面，藉以使該氣流通過該些通道，而且該通道的延伸方向大致平行於該氣流的行進方向。

於一實施例中，該至少一曲折隔板為一成型體。

本發明一實施例之目的在於經濟而有效率的對電池組導熱(加熱或散熱)，使電池組能在其正常工作區間溫度下運行，並降低電池芯間溫度差異以保持良好的供電效率與電池壽命。

101‧‧‧散熱片

102‧‧‧電池芯

103‧‧‧風道

200‧‧‧電池組

201‧‧‧曲折隔板

201a、201b‧‧‧曲折隔板的一部分

202‧‧‧電池芯

202a‧‧‧第一電池芯

202b‧‧‧第二電池芯

203、203a、203b‧‧‧通道

204‧‧‧電極

205‧‧‧曲折隔板

207‧‧‧中間層

210‧‧‧電池模塊

212‧‧‧軟質包裝體

220‧‧‧風扇

221‧‧‧支撐區

230‧‧‧殼體

圖1顯示習知技術之電池模塊結構的示意圖。

圖2顯示本發明一實施例之電池模塊結構的示意圖。

圖3A顯示本發明另一實施例之電池模塊結構的示意圖。

圖3B顯示本發明另一實施例之電池模塊結構的示意圖。

圖4顯示本發明一實施例之電池組結構的示意圖。

本發明一實施例之目的在於經濟而有效率的對電池組(Battery Pack)導熱(加熱或散熱)，使電池組能在其正常工作區間溫度下運行，並降低電池芯(Cell)間溫度差異以保持良好的供電效率與電池壽命。圖2顯示本發明一實施例之電池模塊(module)結構的示意圖。如圖2所示，為達上述目的，於一實施例中，電池模塊210包括一個或數個曲折隔板201、至少一電池芯202、多個通道203。於一實施例中，電池模塊210也可以包含一曲折隔板205，其中曲折隔板205的形狀相異於曲折隔板201的形狀。於一實施例中，曲折隔板201為一成型體，曲折隔板201或205放置於電池芯202的一側面，更具體而言於一實施例中，設置在電池芯202的包裝體的外表面。曲折隔板201與電池芯202(更具體而言，電池芯202的軟質包裝體212的外表面)形成多個通道203，可供流體流經該些通道203中，藉以讓流體除了能夠直接接觸曲折隔板201或205之外，還能夠直接接觸界定出該些通道203的該些電池芯202的部分，以對電池芯202進行導熱，例如可以為加熱或散熱。以下以散熱的情況，加以說明本發明的精神。加熱的部分是本領域具有通常知識者，依據以下說明而能夠自明，並且進行修改或變更。

於一實施例中，該些電池芯202包含一第一電池芯202a及一第二電池芯202b。該些通道203包含多個通道203a。曲折隔板201被放置於第一電池芯202a及第二電池芯202b之間，曲折隔板201與第一電池芯202a界定出多個通道203a。如圖2所示，流體直接接觸界定出該些通道203a的第一電池芯202a的部分，而對第一電池芯202a進行導熱。而且，界定出該些通道203a的曲折隔板201的至少一部分201a，熱傳導接觸於第二電池芯202b。於一實施例中，曲折隔板201的至少一部分201a可以隔著中間層207熱傳導接觸於第二電池芯202b(如後述)。

於一實施例中，該些通道203更包含多個通道203b。曲折隔板201與第二電池芯202b界定出多個通道203b。如圖2所示，流體直接接觸界定出該些通道203b的第二電池芯202b的部分，而對第二電池芯202b進行導熱。而且，界定出該些通道203b的曲折隔板201的至少一部分201b，熱傳導接觸於第一電池芯202a。於一實施例中，曲折隔板201的至少一部分201b可以隔著中間層207熱傳導接觸於第二電池芯202b(如後述)。

於一實施例中，曲折隔板201可由導熱材質構成，藉以增加對熱傳導率，加速流體對電池芯202進行加熱或散熱效率。曲折隔板可成形成方形波浪(曲折隔板201)或圓弧形波浪(曲折隔板205)，以平衡支撐受力面積與散熱接觸面積。不同於已習知的電池芯202的散熱一定要透過散熱片再傳導到空氣，本發明一實施例之電池芯202可同時通過作為散熱片的曲折隔板201傳導到空氣、及電池芯202的包裝體的外表面直接與空氣而進行對流散熱，散熱效果更為優異且結構簡單。

於一實施例中，電池芯202包含軟質包裝體212，而且舉例而言，電池芯202可以為鋰聚合物電池，在目前市售的鋰聚合物電池很多都是以軟質包裝體212進行包裝。此時，如圖2之電池芯的部分放大圖所示，在通道203的部分，軟質包裝體212能夠些微地向通道203的內部突出，使得在曲折隔板201的支撐區221的部分，軟質包裝體212能夠更貼緊地接觸於支撐區221，而能夠增加接觸熱傳導的效率。於一實施例中，前述曲折隔板201的至少一部分201a或201b為支撐區221。

依據習知技術，使散熱片101與電池芯102結合面緊密結合來增加散熱。然而，在電池芯102的外殼為軟質材料時，由於沒有緩衝空間，電池芯102的軟質外殼與散熱片101之間容易形成多個密閉或空氣流通不好的小空間，由於空氣不是良好的熱傳導體，因而降低了散熱效果。為了改善這種情況，依據本發明設置曲折隔板201或205，使其與電池芯202形成多個通道203，並使流體除了能夠直接接觸曲折隔板201或205之外，還能夠直接接觸界定出該些通道203的該些電池芯202的部分。

在通道203區，由於流體直接接觸該些電池芯202的表面，能夠直接進行對流散熱而有較好的直接散熱效果。在曲折隔板201的支撐區221的部分，通過接觸導熱方式，將電池芯102所產生的熱傳導至曲折隔板201，進而增加散熱面積，而具有較好的間接散熱效果。除此之外，在通道203的部分，由於形成了能夠讓軟質包裝體212能夠向通道203的內部突出的緩衝空間，而增加了支撐區221與軟質包裝體212間的密合性，進而增加支撐區221與軟質包裝體212間的熱接觸傳導效率。因此，相較於習知技術，能夠具有較好的整體散熱效果。

於一實施例中，曲折隔板可成形成方形波浪(曲折隔板201)或圓弧形波浪(曲折隔板205)，如此在支撐區221能夠支撐軟質包裝體212，進而能夠平衡：軟質包裝體212被支撐區221支撐受力面積、與支撐區221間的熱接觸面積、以及在通道203中直接接觸流體的面積。於本實施例中，可以針對不同部分的面積，進行設計，因此在設計產品時有較多的散熱因子使用，方便了為不同產品進行各別的設計或個製化。依據本發明一實施例，能夠依據各種不同的材料性質，而在前述三種面積之間找到一散熱的較佳狀態或最適化狀態。

如圖2所示，於一實施例中，曲折隔板201的通道203的寬度w為10mm且高度為3mm。於一實施例中，通過最佳化模擬分析，得到作為風道的通道203的寬度為9.6mm，可同時滿足降低風壓，與均衡支撐電池芯202。於一實施例中，通過最佳化模擬分析，該些電池芯202間的高溫相差4℃內，低溫相差3℃。而單一電池芯202的溫差12℃。於另一實施例中，該些電池芯202間的高溫相差4℃內，低溫相差5℃。而單一電池芯202的溫差11℃。由此可知，依據本發明一實施例的結構，氣流的流量能有效帶出每一電池芯202的熱量。

此外，當形為成圓弧形波浪的曲折隔板205時，曲折隔板205的平均通道寬度可以為10mm或9.6mm。於一實施例中，較佳的情況是使每個通道203 的截面積大約為10mm*3mm或9.6mm*3mm。

如圖2所示，電池模塊210更包含一中間層207，中間層207位於曲折隔板201的一支撐區221與電池芯202之間。軟質包裝體212是軟質材料，因此容易因尖物或表面粗糙的物體而破損，中間層207能夠保護軟質包裝體212。於一實施例中，中間層207可以為一導熱膏，而能夠除了產生保護效果之外，還再增加熱接觸的散熱效果。

圖3A顯示本發明另一實施例之電池模塊結構的示意圖。圖3B顯示本發明另一實施例之電池模塊結構的示意圖。如圖3A及3B所示，於一實施例中，電池芯202包括至少一電極204，例如包含兩個電極204分別作為正極及負極。該些電極204設於電池芯202的一第一側，並向外突出，用以連接外部的導電電路。

由於電池芯202發熱量不均，一般於電極204的極耳處化學反應激烈影響產生局部較高溫，可藉由曲折隔板201或205，來調整通道203的風道寬度大小以調整流通之風速或風量，或局部材質提高熱導率或厚度，以便對電池芯(Cell)202的高溫處，例如電極204的極耳端，更快速地進行散熱，以達電池芯202的均溫效果。

如圖3A所示，靠近電極204側的曲折隔板201的一通道203的寬度，大於在遠離電極204側的曲折隔板201的一通道203的寬度。因此，對電池芯202 的靠近電極204側的部分，具有較佳的散熱效果，而能夠達到使電池芯202均溫的效果。

如圖3B所示，靠近電極204側的一通道203的曲折隔板201的厚度，大於在遠離電極204側的一通道203的曲折隔板201的厚度。因此，對電池芯202的靠近電極204側的部分，具有較佳的散熱效果，而能夠達到使電池芯202均溫的效果。

圖4顯示本發明一實施例之電池組結構的示意圖。如圖4所示，於一實施例中，電池組200包含一電池模塊210、至少一風扇220及一殼體230。電池模塊210及該至少一風扇220設於殼體230內。該至少一風扇220設於電池模塊210的側面，使得風扇220所產生的氣流，流進該些通道203。如圖2所示，通道203的延伸方向大致平行於氣流的行進方向D(方向D表示在紙面的法線方向)。

於一實施例中，曲折隔板201或205可藉由調整風道寬度大小以調整流通之風速或風量，以便將電池芯202高溫處如極耳端更快速帶走熱，以達均溫。於本實施例中，由於多了散熱設計因子，具有方便設計散熱參數或結構的效果。於一實施例中，可以使用電腦軟體進行各種散熱參數所產生之整體散熱效果的計算，來取得較佳的散熱狀態。於一實施例中，曲折隔板201或205可藉由調整風道局部材質提高熱導率或厚度，以便將電池芯202高溫處如極耳端更快速帶走熱，以達均溫。

如上所述，依據本發明一實施例，曲折隔板201與電池芯202的包裝體的外表面形成多個通道203，可供流體流經該些通道203中，藉以讓流體直接接觸曲折隔板201與電池芯202所界定之該些通道203的表面，以對電池芯202進行加熱或散熱。因此，能夠於經濟而有效率的對電池芯導熱(加熱或散熱)，使電池組能在其正常工作區間溫度下運行，並降低電池芯間溫度差異以保持良好的供電效率與電池壽命。