TWI784510B - 電池導電架及電池模組 - Google Patents

Abstract

本發明提供一種電池導電架，包括至少一第一導電件、至少一彈片與一傳導基板。第一導電件包括有一第一表面及一與該第一表面相對應的第二表面，其中第一導電件的第一表面電性連接至少一電池芯。彈片設置於第一導電件之第二表面上。傳導基板與彈片接觸，其中傳導基板與電池芯之間透過彈片而存在一間隙。由此簡易構造，可使電池芯充放電時產生的熱由彈片傳導至傳導基板，以達到散熱效果。而在電池芯發生熱失控而爆開時，可利用間隙來疏導噴出的高熱電解物質。

Description

電池導電架及電池模組

本發明提供一種電池導電架及電池模組，用以將電池芯互相連接，並可幫助運作中的電池芯散熱並防止熱失控。

二次電池主要包括鎳氫電池、鎳鎘電池、鋰離子電池與鋰高分子電池等，其中鋰電池具有能量密度高、操作電壓高、使用溫度範圍大、無記憶效應、壽命長、可歷經多次充放電等優點，並被廣泛的使用在可攜式電子產品如手機、筆記型電腦、數位相機等，近年來更擴及汽車領域。

電池芯(Cell)的構造主要包括正極材料、電解液、負極材料、隔離層及殼體，其中隔離膜將正極材料及負極材料隔開以避免短路，而電解液則設置在多孔隙的隔離膜中，並作為離子電荷的傳導工作。殼體用以包覆上述的正極材料、隔離膜、電解液及負極材料，一般而言殼體通常由金屬材質所製成。

在使用時會透過電池導電架串聯及/或並聯複數個電池芯以形成一電池組，使得電池組可輸出產品需要的電壓或電量。一般而言，會透過電銲或電阻銲等方式連接電池導電架及電池芯。然而，僅以電銲或電阻銲等方式接合電池導電架及電池芯，容易因外力的碰撞或電池組的晃動而造成電池導電架與電池芯間的接合產生脫離。

再者，鋰電池是使用具激烈化學活性材料的強力電池，常有安定性方面的問題，若鋰電池溫度過熱亦將可能會急遽反應而導致熱失控。

有鑑於此，本發明將提供一種創新架構的電池導電架，其構造的設計不僅可以提升與電池芯間之接合的緊密度，且能夠提升較佳的熱傳導效果，以便降低電池芯熱失控的機率，將會是本發明的目的。

本發明之一目的，在於提供一種電池導電架，包括至少一第一導電件、至少一彈片與一傳導基板，第一導電件一邊連接電池芯而另一邊設有彈片來接觸傳導基板，並透過彈片而使傳導基板與電池芯之間隔出一間隙。藉由如此簡易構造，可使電池芯充電或放電時產生的熱由彈片傳導至傳導基板，以達到散熱效果。甚至，在無法抑制熱失控而導致電池芯爆開時，可利用間隙來疏導噴出的高熱電解物質。

為了達成上述目的，本發明提供一種電池導電架，包括至少一第一導電件、至少一彈片與一傳導基板。第一導電件包括有一第一表面及一與該第一表面相對應的第二表面，其中第一導電件的該第一表面電性連接至少一電池芯。彈片是設置於第一導電件之第二表面上，且傳導基板與彈片接觸，其中傳導基板與電池芯之間透過彈片而存在一間隙。

如前述的電池導電架，其中第一導電件與傳導基板分別為金屬材質的構件，且傳導基板之厚度大於第一導電件之厚度為佳，透過厚重的傳導基板可有效壓制第一導電件上的彈片，進而使得第一導電件緊密地電性接觸電池芯，以發揮好的熱傳導效果。

如前述的電池導電架，其可以一沖壓方式直接在第一導電件的第二表面上成形出彈片。如此第一導電件與彈片可一體成形，方便製造。

如前述的電池導電架，其中該彈片可包括一支撐部與一承靠部，支撐部的一端連接承靠部而另一端連接至第一導電件的第二表面，而傳導基板抵靠在彈片的承靠部上。

如前述的電池導電架，其中第一導電件可包括一第一主幹部與複數個第一分枝部，各第一分枝部分別設置於第一主幹部的兩側。並且，每一第一分枝部包括至少一第一凸出銲部，而第一導電件利用第一分枝部的第一凸出銲部來電性連接電池芯。

如前述的電池導電架，其中第一導電件之每一第一分枝部的兩側可分別設置有一個彈片。兩相鄰的彈片係互相對稱，而每一彈片之支撐部的一端連接承靠部而另一端連接至第一導電件的第一分枝部上，並且支撐部是以一傾斜的態樣配置在第一分枝部與承靠部間。

本發明之另一目的，在於提供一種電池模組，其使用如前述的電池導電架來電性連接複數個電池芯，並以殼體做包覆、包裝。如此可利用該電池導電架之簡易構造，使電池芯充電或放電時產生的熱透過傳導基板來耗散排出。另在電池芯熱失控而爆開時，可透過間隙內的空氣來疏導噴出的高熱電解質和其他內容物，另也利用較厚重的傳導基板來吸收爆炸衝擊的能量。

為了達到上述目的，本發明提供一種電池模組，包括複數個電池芯、一電池導電架、一收納箱及一封蓋。電池導電架具有：至少一第一導電件，包括有一第一表面及一與該第一表面相對應的第二表面，其中第一導電件的第一表面電性連接各電池芯之一端；至少一彈片，設置於第一導電件之第二表面上；一傳導基板，與彈片接觸，其中傳導基板與電池芯之間透過彈片而存在一間隙；及至少一第二導電件，電性連接複數個電池芯之另一端。收納箱形成有一收納空間與複數個接腳口，其中收納空間用以收納各電池芯與電池導電架，而各接腳口與收納空間連通且分別供第一導電件之部分區域與第二導電件之部分區域伸出外露。封蓋則是用以遮覆收納箱之收納空間，其中封蓋透過傳導基板抵壓該彈片。

另外，在本發明之一種實施例中，電池導電架之傳導基板可設置有複數個散熱鰭片，如此構造可更加幫助散熱、冷卻。

為了達到上述目的，本發明提供一種如前述的電池導電架，其中傳導基板的一表面接觸該彈片，而在傳導基板的另一表面設置有複數個散熱鰭片。

此外，在本發明之一種實施例中，電池模組也可使用設置有複數個散熱鰭片的傳導基板，以更加幫助散熱、冷卻。

請參閱圖1~3，分別為本發明電池導電架10一實施例的立體分解示意圖、前視圖及俯視圖。電池導電架10包括至少一第一導電件11、複數個彈片12與一傳導基板13，其中第一導電件11是用以電性連接複數個電池芯2。本實施例的電池芯2主要為鎳氫電池、鎳鎘電池、鋰離子電池，或鋰高分子電池等二次電池。

如圖所示，第一導電件11包括有一第一表面115，以及與第一表面115相對應的一第二表面116，並具有一第一主幹部111及複數個第一分枝部112。第一主幹部111是概略呈長條狀，而各第一分枝部112是分別設置於第一主幹部111的兩側，並在遠離第一主幹部111的一端分別設有複數個第一凸出銲部113。各第一凸出銲部113凸出於第一表面115側，且用以分別與各電池芯2電性連接，另外各第一分枝部112之第一凸出銲部113主要以電阻焊方式與電池芯2做電性連接的固定，於此第一凸出銲部113會隨著電池芯2之外殼因高溫產生些微熔化而嵌入電池芯2。

另一方面，各彈片12是分別設置於第一導電件11之每一第一分枝部112的兩側，且兩相鄰的彈片12係互相對稱。具體上，各彈片12包括有一支撐部121與一承靠部122。支撐部121的一端連接承靠部122，而另一端連接至第一導電件11的第一分枝部112(第二表面116側)，且支撐部121以一傾斜的態樣配置在第一分枝部112與承靠部122間。

此外，第一導電件11與各彈片12可例如是由一個平面的金屬框片來一同製成，金屬框片之材質可為銅、銀或金等導電性與可撓性佳的金屬，且厚度約0.3公厘為佳。該金屬框片例如是已經過模具成形或切割加工，而形成在概略同一平面上的第一主幹部111、複數個第一分枝部112，以及連接於各第一分枝部112的複數個預定形成彈片區域，接著透過沖壓加工方式來彎折此等預定形成彈片區域以使彈片12成型於第二表面116上。

另一方面，傳導基板13則是厚度大於第一導電件11的厚板，且由銅、鋁合金等導熱性佳(甚至可導電)的金屬材質所製成為佳。較厚的傳導基板13可壓制第一導電件11上的各彈片12而使得第一導電件11之各凸出銲部113更緊密地電性接觸各電池芯2。如圖2所示，傳導基板13接觸各彈片12的承靠部122，並透過第一導電件11與各彈片12來連接(也可電性連接)各電池芯2，且與各電池芯2之間藉由各彈片12隔開而存在一間隙G。

藉由第一導電件11、各彈片12及傳導基板13所組成的簡單構造，本發明之電池導電架10可由第一導電件11之第一分枝部112電性連接各電池芯2，並由第一導電件11之第一主幹部111來電性連接一外部的電器設備，以使電池芯2可供電至外部的電器設備。並且，在電池芯2充放電產生熱時，可經由各彈片12將熱能傳導至傳導基板13，以利用傳導基板13的厚度及較佳的材料導熱特質來快速散熱。如此，將可以防止電池芯2急遽升熱增溫而發生熱失控，以避免其他電池芯2及其使用的電器設備的損壞。甚至，在無法抑制熱失控而導致電池芯2爆開時，可利用間隙G來疏導噴出的高熱電解物質，且利用厚重的傳導基板13吸收爆炸衝擊的能量， 以減輕爆炸造成的損害。此外，電池導電架10由於構造簡單，因此也具有容易生產、節約成本等效益。

請參閱圖4，為本發明一實施例之電池模組100的前視剖面圖。電池模組100包括有複數個電池芯2、一電池導電架10a、一收納箱31及一封蓋32。各電池芯2如前述主要為二次電池，且外型呈圓柱狀，並於分別於兩端具有一正極21與一負極22。另外，電池芯2在構造上通常會於正極21側設有安全閥並施蓋封裝，以在電池芯2過熱爆炸時由正極21處爆開來疏導其內部的高熱電解物質，以及爆炸能量等。

本實施例之電池導電架10a與前述的電池導電架10大致相同，主要差異在於本實施例電池導電架10a進一步增設至少一第二導電件14。此外，本實施例中，第一導電件11之各第一分枝部112上的第一凸出銲部113是與各電池芯2之正極21電性連接。

一方面，如圖5所示，第二導電件14在構造上也類似第一導電件11，具有一第二主幹部141、複數個第二分枝部142與各第二分枝部142上的複數個第二凸出銲部143，其中第二凸出銲部143是與各電池芯2之負極22電性連接。如此，第一導電件11與第二導電件14與各電池芯2呈並聯形態。

收納箱31具有一收納空間311用以收納各電池芯2與電池導電架10a，以及複數個接腳口312。收納箱31之各接腳口312與收納空間311空間連通，部分的第一導電件11之第一主幹部111及部分的第二導電件14之第二主幹部141分別通過各接腳口312而外露於收納箱31之外，以作為對外電性連接用的接腳。

封蓋32則是與收納箱31連接，以遮覆收納箱31之收納空間311，並與收納箱31共同包覆各電池芯2與電池導電架10a。此外，封蓋32也抵壓電池導電架10a之傳導基板13，使傳導基板13與各彈片12緊密接觸，以利於熱傳導，一方面也壓制各彈片12而使第一導電件11與各電池芯2緊密地電性接觸，進而也使各電池芯2與第二導電件14緊密地電性接觸以利於電傳導。

藉由如此構造，本發明之電池模組100可藉由第一導電件11與第二導電件14所外露於收納箱31的接腳部分，來電性連接外部的電器設備以做充電，或者是放電以供電器設備運作。而且，在電池模組100中的各電池芯2充放電而產生熱時，利用電池導電架10a之傳導基板13來幫助導熱。甚至，在電池芯2過熱而從其正極21處爆開時，也可利用間隙G來疏導噴出的高熱電解物質，且也藉由厚重的傳導基板13來幫助抑制、減輕其爆炸衝擊的能量，以避免電池模組100直接爆開而波及周遭。

再者，本發明之電池導電架10及電池模組100中，第一導電件11與彈片12可一體成形製造，且傳導基板13可使用單純的金屬厚板，因此構造簡單且容易生產製造，可以低成本來有效達到電池芯2之散熱與防爆的效果。

以上的實施態樣，是以第一導電件11與第二導電件14分別與各電池芯2之正極21及負極22做電性連接而呈並聯形態，如此達到更大的電流、電量，然而本發明之電池導電架與電池模組不限於此，在別種實施例中，也可以更多數量的導電件11、14來分別連接至少一個電池芯2，甚至將各電池芯2做正極21與負極22之交替排列而呈串聯，以達到更大的輸出電壓。

此外，本發明之導電件11、14的各分枝部112、142上的凸出銲部113、143之數量雖分別設置複數個以加強與電池芯2之間的連接，然而在實際應用上也可能基於成本、生產效率等考量而僅設一個凸出銲部。甚至，在本發明之別種實施例中，各分枝部112、142也可不設凸出銲部並以電焊或卡合等方式與電池芯2做連接固定。一方面，在又別種的實施例中，導電件11、14也可能不設分枝部，僅主幹部111、141設置凸出銲部113、143並以其第一表面115側來電性連接複數個電池芯2。

再者，在本發明之別種實施例中，彈片12也可僅設於各第一分枝部112之一側或者是多側設置，甚至僅有一部份的第一分枝部112設置彈片12也可。在又別種實施例中，也可將一部份的第一分枝部112彎折作為彈片12而形成於第一導電件11之第二表面116上，基本上能與傳導基板13接觸並使傳導基板13與電池芯2之間隔出間隙G即可。甚至是基於結構強度等考量，彈片12在別種實施例中也可是與第一導電件11分開製造的構件，並以卡合或黏接等方式連接第一導電件11。

另一方面，本發明之電池芯2也不限於二次電池，在別種實施例中也可使用碳鋅電池或鹼性電池等一次電池，基本上有散熱需要的電池皆可適用。而且，本發明之電池芯的外型也不限於圓柱狀，在別種實施例中也可為多角形棒狀、方塊狀、圓盤狀或者板狀等等。

此外，本發明之收納箱31上的接腳口312之數量不限於兩個，且其設置位置也不限於圖4所示的同一側，在別種實施例中也可基於接地、透氣散熱等考量而有更多數的接腳口，且設於不同側。

請參閱圖6，為本發明又一實施例之電池導電架10b的前視圖。本實施例之電池導電架10b與前述實施例之電池導電架10大致相同，主要差異在於傳導基板13有加設複數個散熱鰭片132。本實施例中，傳導基板13的一表面接觸各彈片12，而傳導基板13的另一表面則分隔設置有各散熱鰭片132。

藉由此構造，電池導電架10b可將電池芯2充放電時所生的熱，更進一步分散至各散熱鰭片132，再利用各散熱鰭片132之間的空隙中的空氣等介質來帶走此熱能。

另也當然，如圖7所示，本發明的散熱鰭片132構造也可以應用於電池模組100a上來發揮效能，此時封蓋32則是抵壓各散熱鰭片132，以使傳導基板13與各彈片12緊密接觸。

再者，本實施例中傳導基板13的各散熱鰭片132之構造雖呈板片狀且直線排列，但在別種實施例也基於散熱效率等考量，而將外形改成波浪狀或柱狀等，而排列方式也可改為棋盤狀或螺旋狀等等。

綜合上述，本發明之電池導電架以及使用該電池導電架的電池模組，藉由傳導基板13可幫助導電件11、14與各電池芯2間的電傳導，且也在電池芯2充放電而生熱時幫助散熱、冷卻。並且，透過傳導基板13與第一導電件11之間的彈片12而隔出的間隙G，可在電池芯2熱失控而爆開時幫助疏導噴出的高熱電解物質等。另也由於傳導基板13、第一導電件11與彈片12方便生產製造，因此也具有節省成本的效益。

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　　電池導電架 10a  　電池導電架 10b      電池導電架 100      電池模組 100a    電池模組 11        第一導電件 111      第一主幹部 112      第一分枝部 113      第一凸出銲部 115      第一表面 116      第二表面 12        彈片 121      支撐部 122      承靠部 13        傳導基板 132      散熱鰭片 14        第二導電件 141      第二主幹部 142      第二分枝部 143      第二凸出銲部 2   　   電池芯 21        正極 22        負極 31        收納箱 311      收納空間 312      接腳口 32        封蓋 G         間隙

圖1：為本發明一實施例之電池導電架的立體分解示意圖。

圖2：為本發明一實施例之電池導電架的前視圖。

圖3：為本發明一實施例之第一導電件的俯視圖。

圖4：為本發明一實施例之電池模組的前視剖面圖。

圖5：為本發明一實施例之電池模組的第二導電件之俯視圖。

圖6：為本發明又一實施例之電池導電架的前視圖。

圖7：為本發明又一實施例之電池模組的前視剖面圖。

10　　電池導電架 11        第一導電件 111      第一主幹部 112      第一分枝部 113      第一凸出銲部 115      第一表面 116      第二表面 12        彈片 121      支撐部 122      承靠部 13        傳導基板 2   　   電池芯 G         間隙

Claims (10)

1. 一種電池導電架，包括：至少一第一導電件，包括有一第一表面及一與該第一表面相對應的第二表面，其中該第一導電件的該第一表面透過至少一第一凸出銲部電性連接至少一電池芯；至少一彈片，為一金屬彈片且設置於該第一導電件之該第二表面上；及一傳導基板，與該彈片接觸，該傳導基板為一平整無孔洞的導熱金屬厚板，其中該傳導基板與該電池芯之間透過該彈片而存在一間隙。
2. 如請求項1所述的電池導電架，其中該第一導電件與該傳導基板分別為金屬材質的構件，且該傳導基板之厚度大於該第一導電件之厚度。
3. 如請求項2所述的電池導電架，其中該傳導基板的一表面接觸該彈片，而在該傳導基板的另一表面設置有複數個散熱鰭片。
4. 如請求項1所述的電池導電架，其以一沖壓方式在該第一導電件的該第二表面上成形出該彈片。
5. 如請求項1所述的電池導電架，其中該彈片包括一支 撐部與一承靠部，該支撐部的一端連接該承靠部而另一端連接至該第一導電件的該第二表面，該傳導基板抵靠在該彈片的該承靠部上。
6. 如請求項5所述的電池導電架，其中該第一導電件包括一第一主幹部與複數個第一分枝部，該複數個第一分枝部分別設置於該第一主幹部的兩側；每一該第一分枝部包括至少一該第一凸出銲部，該第一導電件利用該第一分枝部的至少一該第一凸出銲部來電性連接該電池芯。
7. 如請求項6所述的電池導電架，其中該第一導電件之每一該第一分枝部的兩側分別設置有一個該彈片，兩相鄰的該彈片係互相對稱，而每一該彈片之該支撐部的一端連接該承靠部而另一端連接至該第一導電件的該第一分枝部上，該支撐部以一傾斜的態樣配置在該第一分枝部與該承靠部間。
8. 一種電池模組，包括：複數個電池芯；一電池導電架，包括：至少一第一導電件，包括有一第一表面及一與該第一表面相對應的第二表面，其中該第一導電件的該第一表 面透過至少一第一凸出銲部電性連接該複數個電池芯之一端；至少一彈片，為一金屬彈片且設置於該第一導電件之該第二表面上；一傳導基板，與該彈片接觸，該傳導基板為一平整無孔洞的導熱金屬厚板，其中該傳導基板與該電池芯之間透過該彈片而存在一間隙；及至少一第二導電件，透過至少一第二凸出銲部電性連接該複數個電池芯之另一端；以及一收納箱，形成有一收納空間與複數個接腳口，其中該收納空間用以收納該複數個電池芯與該電池導電架，該複數個接腳口與該收納空間連通，該電池導電架的部分的該第一導電件及部分的該第二導電件分別通過該複數個接腳口而外露於該收納箱之外；及一封蓋，用以遮覆該收納箱之該收納空間，其中該封蓋抵靠在該傳導基板上且透過該傳導基板抵壓該彈片。
9. 如請求項8所述的電池模組，其中，該電池導電架的該傳導基板之厚度大於該第一導電件之厚度，且該傳導基板的一表面接觸該彈片，而在該傳導基板的另一表面設置 有複數個散熱鰭片；並且，該封蓋抵靠在該傳導基板的該複數個散熱鰭片上。
10. 如請求項8所述的電池模組，其中，該第一導電件包括一第一主幹部與複數個第一分枝部，該複數個第一分枝部分別設置於該第一主幹部的兩側；每一該第一分枝部包括至少一該第一凸出銲部，該第一導電件利用每一該第一分枝部的至少一該第一凸出銲分別電性連接至少一對應的該電池芯的該一端，該第一導電件之每一該第一分枝部的兩側分別設置有一個該彈片，兩相鄰的該彈片係互相對稱，該彈片包括一支撐部與一承靠部，該支撐部的一端連接該承靠部而另一端連接至該第一導電件的該第一分枝部，該傳導基板抵靠在該彈片的該承靠部上；並且，該第二導電件包括一第二主幹部與複數個第二分枝部，該複數個第二分枝部分別設置於該第二主幹部的兩側；每一該第二分枝部包括至少一該第二凸出銲部，該第二導電件利用每一該第二分枝部的至少一該第二凸出銲分別電性連接至少一對應的該電池芯的該另一端。

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