TWI822115B

TWI822115B - 具有熱傳導構造的電池模組

Info

Publication number: TWI822115B
Application number: TW111122290A
Authority: TW
Inventors: 張古博
Original assignee: 新盛力科技股份有限公司
Priority date: 2022-06-15
Filing date: 2022-06-15
Publication date: 2023-11-11
Also published as: TW202401885A

Abstract

本發明提出一種電池模組，其包括複數個電池芯、一電池固定架及複數個熱傳導體；電池固定架用以容置及固定電池芯；每一熱傳導體分別插設在多個對應相鄰的電池芯之間所保持的間隔中；並且，每一熱傳導體的至少一端垂直地穿過電池固定架而連接至一集熱器；熱傳導體周圍電池芯充放電所產生的熱量將可以透過熱傳導體傳導至集熱器，以避免電池芯充放電產生的熱量累積在電池芯上。

Description

具有熱傳導構造的電池模組

本發明有關於一種電池模組，尤指一種利用熱傳導構造傳導電池芯充放電產生的熱量且對於熱量進行集熱的電池模組。

近年來，隨著環保減碳之需求，電動車逐漸地受到人們的青睞。很多車廠陸續進入電動車的開發，以期在電動車市場上搶得商機。電動車之動力來源為電池，如鋰電池。為增加電動車的續航力，電動車上通常會設置具有相當數量電池芯的電池模組，以便提供足夠的電力給予電動車使用。

請參閱圖1、圖2及圖3，為習用電池模組之俯視剖面圖、正視剖面圖及側視剖面圖。如圖1、圖2及圖3所示，電池模組100包括一殼體11、複數個電池芯12、一第一固定架131及一第二固定架132。這些電池芯12將被容置及固定在第一固定架131及一第二固定架132之間，且擺設這些電池芯12的第一固定架131及第二固定架132將擺放在殼體11中，透過殼體11來保護電池芯12及第一固定架131及第二固定架132。

電池模組100的電池芯12充放電時，會發熱升溫。為了讓電池芯12充放電所產生的熱可進行散熱，通常會在殼體11的兩側分別設置一吹風扇151及一抽風扇153。容置有電池芯12的第一固定架131及第二固定架132放置在吹風扇151及抽風扇153之間。吹風扇151將外部的冷空氣朝著殼體11內部電池芯12所在位置進行吹風，吹入的冷空氣通過發熱的電池芯12後成為熱空氣。接著，抽風扇153抽取熱空氣，以將熱空氣往外排放，則，透過吹風扇151的吹風以及抽風扇153對於熱空氣的抽取，以期充放電發熱的電池芯12可以降溫。

以往該些電池芯12橫向地等高排列在長條型的第一固定架131及第二固定架132間，因此，吹風扇151所吹的冷空氣其絕大部分的風力都會被距離吹風扇151較近的前排電池芯12所擋住而造成高流阻的現象，僅有少數風力能通過前排的電池芯12之間的空隙而流動至後排的電池芯12。另，為了在第一固定架131及第二固定架132有限的空間範圍內擺設較多數量的電池芯12，所排列的各電池芯12其彼此間的空隙通常非常小，如2mm，這也會造成高流阻的情形，導致冷空氣在電池芯12間的流通效率非常差。於是，吹風扇151所吹入的冷空氣往往只能在低流阻的地方流動，例如冷空氣往往吹向靠近於吹風扇151前排的電池芯12以及第一固定架131與第二固定架132的外側，則，排列在電池模組100之內側區域121的電池芯12不容易接收到冷空氣的吹風，導致電池芯12充放電時容易處在較高的溫度。

舉例來說，如圖1所示，電池模組100運作時，以一溫度偵測器偵測四顆不同位置的電池芯(A、B、C、D)12的溫度。經由溫度的偵測，電池芯(A)12的溫度亦可為T1，電池芯(B)12的溫度亦可為T2，電池芯(C)12的溫度亦可為T3，電池芯(D)12的溫度亦可為T4。這四顆電池芯12的溫度高低亦可為T4＞T3＞T2＞T1。則，距離吹風扇151較遠的後排內側電池芯(D)12其溫度將會比那些較為前排內側的電池芯(A、B、C)12之溫度還要高。此外，由於冷空氣從吹風扇151流入，該冷空氣會和每一顆經過的電池芯12進行熱交換。位在風向後端的電池芯12，所接收到的空氣是處於前端電池芯12做完熱交換的空氣。因此，整個電池模組100內部各個電池芯12其溫度依距離吹風扇151位置的遠近而呈現越來越高的溫度梯度，使位在風向後端的電池芯12的老化速度遠比位在風向前端的電池芯12還要快，進而導致電池模組100的使用壽命相對縮短。

本發明之一目的，在於提供一種電池模組，其包括一殼體、一電池固定架、複數個電池芯及一熱傳導構造。殼體的內部一側設有一吹風口而另一側設有一抽風口。電池固定架擺設在殼體的吹風口及抽風口間且用以容置及固定複數個電池芯。熱傳導構造包括複數個熱傳導體及一集熱器。每一熱傳導體分別插設在多個對應相鄰的電池芯之間所保持的間隔中，每一熱傳導體的至少一端垂直地穿過電池固定架而連接至一集熱器。電池模組運作時，各個熱傳導體分別吸收周圍電池芯充放電所產生的熱量，且分別將熱量輸送至殼體，以將熱量匯集至殼體上，致使將可以避免電池芯充放電運作時處在較高溫的狀態。

本發明又一目的，在於提供一種電池模組，其中集熱器為一大面積的金屬塊。當熱傳導體將熱量輸送至金屬塊的後側或中間段時，經由大面積金屬塊所具備的一較大熱導率的特性，以將熱量傳導至溫度較低的金屬塊的前側處，致使以達到遠距離的熱交換功效。

本發明又一目的，在於提供一種電池模組，其中熱傳導構造更包括有至少一熱導管。每一熱導管的受熱端連接至對應的金屬塊，而冷卻端設在距離於吹風口較近處的位置或者連接至一散熱鰭片。當電池模組3運作時，電池芯充放電產生的熱量將會被熱傳導體輸送至金屬塊而匯集至金屬塊上。之後，熱導管之受熱端內部的一工作流體吸收金屬塊上所匯集的熱量後產生相變化而以蒸氣流動方式迅速地將熱量輸送至冷凝端。熱導管之冷凝端接收熱量後，即可透過散熱鰭片對於熱導管之冷凝端所接受的熱量進行散熱。透過熱導管的設置，金屬塊上所匯集的電池芯充放電產生的熱量將可以快速地輸送至冷側，以加快遠距離的熱交換的速度。

為達到上述的目的，本發明提供一種具有熱傳導構造的電池模組，包括：複數個電池芯；一電池固定架，用以容置固定複數個電池芯；及複數個熱傳導體，每一熱傳導體分別插設在多個對應相鄰的電池芯之間所保持的間隔中，每一熱傳導體的至少一端垂直地穿過電池固定架而連接至一集熱器。

本發明一實施例中，電池模組更包括一金屬殼體，金屬殼體內部的一側設有一吹風口而另一側設有一抽風口，電池固定架設置在吹風口及抽風口間，集熱器為金屬殼體。

本發明一實施例中，熱傳導體為一鋁製的金屬柱、一銅製的金屬柱或一熱導管。

本發明一實施例中，每一熱傳導體的一端設置有一扁平部，每一熱傳導體透過扁平部連接集熱器，扁平部以窄邊面向吹風口。

本發明一實施例中，熱傳導體為一圓形、三角形或方形的金屬柱體。

本發明一實施例中，集熱器為一金屬塊。

本發明一實施例中，金屬塊的表面上設置複數個散熱鰭片。

本發明一實施例中，更包括至少一熱導管，熱導管的一端連接集熱器，而另一端設在距離於吹風口較近處的位置。

本發明一實施例中，更包括一散熱鰭片，熱導管的另一端連接散熱鰭片。

本發明一實施例中，散熱鰭片設在吹風口旁。

請參閱圖4及圖5，分別為本發明電池模組一實施例的俯視透視圖及正視剖面圖。如圖4及圖5所示，本實施例電池模組300包括一殼體31、複數個電池芯32及一電池固定架33。殼體31為一金屬殼體，其內部之一側設有一具有吹風口的吹風裝置351，而另一側設有一具有抽風口的抽風裝置353。在電池模組300的充放電期間，冷的空氣從吹風裝置351的吹風口進入殼體31內部，而熱的空氣從抽風裝置353的抽風口抽出。

電池固定架33包括一第一固定架331及一第二固定架332。第一固定架331及第二固定架332分別包括一套筒(未顯示)。各電池芯32的上端套設在第一固定架331的套筒中，而下端套設在第二固定架332的套筒中，以便各電池芯32能夠被固定在第一固定架331及第二固定架332間且各電池芯32彼此間保持間隔。在本實施例中，電池芯32以矩陣排列的方式擺設在電池固定架33中。

本發明電池模組300更包括有複數個熱傳導體34。每一熱傳導體34分別插設在多個對應相鄰的電池芯32之間所保持的間隔中。熱傳導體34亦可為一鋁製的金屬柱、一銅製的金屬柱、一熱導管或一導熱性較佳的導體。再者，距離吹風口越遠的電池芯32其充放電時常常處在較高溫的狀態，因此，各熱傳導體34亦可選擇設置在位於電池固定架33的內側且距離吹風口較遠的多個相鄰的電池芯32之間所保持的間隔中。熱傳導體34的一端將穿過電池固定架33的第一固定架331而連接至殼體31，而另一端穿過電池固定架33的第二固定架332而連接至殼體31。

在本實施例中，殼體31將作為一集熱器。電池模組300運作時，各個熱傳導體34分別吸收周圍電池芯32充放電所產生的熱量，且分別將熱量輸送至殼體31，以便熱量可以匯集至殼體31上。後續，透過吹風裝置351的吹風及搭配抽風裝置353的抽風，以便帶走殼體31上所匯集的熱量。則，透過熱傳導體34的熱傳導，以將電池芯32充放電所產生的熱量輸送至殼體31且匯集在殼體31上，即可避免電池芯32充放電運作時處在較高溫的狀態。

請參閱圖6及圖7，分別為本發明電池模組又一實施例的俯視透視圖及正視剖面圖。如圖6及圖7所示，本實施例電池模組301的電池固定架33中，該些電池芯32平行排列且相鄰兩排的電池芯32其彼此間交錯排列佈置。

電池模組301更包括複數個導電架37。該些電池芯32透過導電架37串並聯。部分的導電架37設置在第一固定架331的內部空間中，用以將兩相鄰的電池芯32的上端電極(正極或負極)電性連接一起，另一部分的導電架37設置在第二固定架332的內部空間中，用以將兩相鄰的電池芯32的下端電極(負極或正極)電性連接一起。

同樣地，本實施例電池模組301也有複數個熱傳導體36。各熱傳導體36分別設置在位於電池固定架33的內側且距離吹風口較遠的多個相鄰的電池芯32之間的間隔中。再者，導電架37橫跨在兩相鄰的電池芯32之間，因此，設置在電池芯32間隔中的熱傳導體36的其中一端將會被導電架37所阻擋而無法連接至殼體31。例如：熱傳導體36其上端被第一固定架331中的導電架37所阻擋、未連接至殼體31，而下端穿過第二固定架332連接至殼體31；或者，熱傳導體36其下端將被第二固定架332中的導電架37所阻擋、未連接至殼體31，而上端將穿過第一固定架331連接至殼體31。此外，在本發明中，熱傳導體36亦可根據於熱傳導體36與周遭電池芯32間的緊密度來決定外觀形狀，例如：熱傳導體36設計為三角形、圓形或方形的金屬柱體。

請參閱圖8、圖9及圖10A至10D，分別為本發明電池模組又一實施例的俯視透視圖、正視剖面圖及本發明一實施例的熱傳導體的俯視圖、仰視圖、右視圖、左視圖及前視圖。如圖8、圖9及圖10A至10D所示，在本實施例電池模組302中，熱傳導體36在其一端設置有一扁平部361。扁平部361係為一經由擠壓熱傳導體36的一端變寬及變薄所形成的部件。每一熱傳導體36的一端透過扁平部361連接殼體31(或稱為集熱器)，且具體設置時以扁平部361的窄邊面向吹風口。

扁平部361的功效如同於散熱鰭片，其設置時將可增加熱傳導體36與空氣的熱交換面積，以便提升熱交換的效率。此外，扁平部361以窄邊面向吹風口，將可降低風阻，藉以避免影響到後方其他熱傳導體36的熱交換。

請參閱圖11及圖12，分別為本發明電池模組又一實施例的俯視透視圖及正視剖面圖。相較於上述實施例電池模組300，如圖11及圖12所示，本實施例電池模組303進一步包括有至少一導熱性較佳的金屬塊39，如銅塊或鋁塊。金屬塊39設置在殼體31內緣的上表面及/或下表面。熱傳導體34的兩端分別連接至對應的金屬塊39。再者，熱傳導體34也可以設計為圓形、三角形或方形的金屬柱體。在本實施例中，以金屬塊39作為一集熱器。電池芯32充放電產生的熱量將會被熱傳導體34輸送至金屬塊39而匯集至金屬塊39上，致使以避免電池芯32累積充放電產生的熱量。

大面積的金屬塊39亦可作為一散熱片，其具備有一較大的熱導率。則，匯集在金屬塊39中間段及後側上的熱量能夠被傳導至溫度較低的金屬塊39的前側處(如靠近於吹風口的冷側)，以達到遠距離的熱交換功效。

或者，如圖13所示，於金屬塊39的表面上進一步設置多個散熱鰭片391，以便增加金屬塊39的熱交換面積，來提升金屬塊39的散熱效果。

請參閱圖14及圖15，分別為本發明電池模組又一實施例的俯視透視圖及正視剖面圖。相較於上述實施例電池模組300，如圖14及圖15所示，本實施例電池模組304進一步包括一或多個金屬塊39。每一金屬塊39分別對應至一特定區域，而插設在特定區域多個電池芯32的間隔中的熱傳導體34其兩端分別連接至所對應的金屬塊39。

再者，電池模組304更包括有一或多個熱導管392。每一熱導管392的一端(如受熱端)連接至對應的金屬塊39，而另一端(如冷卻端)設在距離於吹風口較近處的位置或者連接至一散熱鰭片38。散熱鰭片38亦可設置在一空氣對流較佳的位置，例如散熱鰭片38設置在吹風裝置351的吹風口旁。

當電池模組304運作時，特定區域中的電池芯32充放電產生的熱量將會被熱傳導體34輸送至對應的金屬塊39而匯集至對應的金屬塊39上。之後，熱導管392之受熱端內部的一工作流體吸收金屬塊39上所匯集的熱量後產生相變化而以蒸氣流動方式迅速地將熱量輸送至冷凝端。熱導管392之冷凝端接收熱量後，即可透過散熱鰭片38對於熱導管392之冷凝端所接受的熱量進行散熱。

於此，每一金屬塊39上所匯集的特定區域中的電池芯32充放電產生的熱量能夠透過熱導管392快速地輸送至冷側(如散熱鰭片38的位置)，以加快遠距離的熱交換的速度，進而提高電池模組304運作時的散熱效率。

以上所述者，僅為本發明之一實施例而已，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，均應包括於本發明的申請專利範圍內。

100:電池模組 11:殼體 12:電池芯 131:第一固定架 132:第二固定架 151:吹風扇 153:抽風扇 300:電池模組 301:電池模組 302:電池模組 303:電池模組 304:電池模組 31:殼體 32:電池芯 33:電池固定架 331:第一固定架 332:第二固定架 34:熱傳導體 351:吹風裝置 353:抽風裝置 36:熱傳導體 361:扁平部 37:導電架 38:散熱鰭片 39:金屬塊 391:散熱鰭片 392:熱導管

圖1為習用電池模組設置在一殼體中的俯視剖面圖。

圖2為習用電池模組設置在一殼體中的正視剖面圖。

圖3為習用電池模組設置在一殼體中的側視剖面圖。

圖4為本發明電池系統一實施例的俯視透視圖。

圖5為本發明電池系統一實施例的正視剖面圖。

圖6為本發明電池系統又一實施例的俯視透視圖。

圖7為本發明電池系統又一實施例的正視剖面圖。

圖8為本發明電池系統又一實施例的俯視透視圖。

圖9為本發明電池系統又一實施例的正視剖面圖。

圖10A至10E圖分別為本發明一實施例的的熱傳導體的俯視圖、仰視圖、右視圖、左視圖及前視圖。

圖11為本發明電池系統又一實施例的俯視透視圖。

圖12為本發明電池系統又一實施例的正視剖面圖。

圖13為本發明電池系統又一實施例的正視剖面圖。

圖14為本發明電池系統又一實施例的俯視透視圖。

圖15為本發明電池系統又一實施例的正視剖面圖。

300:電池模組

31:殼體

32:電池芯

33:電池固定架

331:第一固定架

332:第二固定架

34:熱傳導體

351:吹風裝置

353:抽風裝置

Claims

一種具有熱傳導構造的電池模組，包括：複數個電池芯；一電池固定架，用以容置固定複數個該電池芯；複數個熱傳導體，每一該熱傳導體分別插設在多個對應相鄰的該電池芯之間所保持的間隔中；一金屬殼體，該金屬殼體內部的一側設有一吹風口而另一側設有一抽風口，該電池固定架設置在該吹風口及該抽風口間，每一該熱傳導體的至少一端垂直地穿過該電池固定架而連接至一集熱器或該金屬殼體；及至少一熱導管，該熱導管的一端連接該集熱器或該金屬殼體，而另一端設在距離於該吹風口較近處的位置。
如請求項1所述的電池模組，其中該熱傳導體為一鋁製的金屬柱、一銅製的金屬柱或一熱導管。
如請求項1所述的電池模組，其中每一該熱傳導體的一端設置有一扁平部，每一該熱傳導體透過該扁平部連接該集熱器，該扁平部以窄邊面向該吹風口。
如請求項1所述的電池模組，其中該熱傳導體為一圓形、三角形或方形的金屬柱體。
如請求項1所述的電池模組，其中該集熱器為一金屬塊。
如請求項5所述的電池模組，其中該金屬塊的表面上設置複數個散熱鰭片。
如請求項1所述的電池模組，更包括一散熱鰭片，該熱導管的另一端連接該散熱鰭片。
如請求項7所述的電池模組，其中該散熱鰭片設在該吹風口旁。