TWM477680U - 電池模組 - Google Patents

Description

電池模組

本創作是有關於一種電池模組，特別是指一種由底槽灌入液體以控制電池芯溫度的電池模組。

最近幾年，在各方因素的共同推動下，對動力電池的應用越來越廣泛，同時對它的要求也越來越高。如何保障其安全、穩定的工作，將是動力電池的一個重要課題。在此之中如何確保動力電池工作環境溫度的穩定則是其中一個非常關鍵的部分。

鋰電池有著能量密度高、輸出功率大、放電平穩且可以重複充放電等性能，因此被廣泛的應用在，例如3C產品、大型機具以及運輸工具等各種領域中。一般而言，使用者需要針對產品中電池排列方式、電池數量、電池電壓平衡以及電池溫度平衡等需求來設計適合的電池模組以提高產品的可靠度。然而，隨著產品所需的電池數量以及操作時間的增加，電池模組中溫度越容易有不均勻的情況產生。另外，隨著電池模組的容量增加，充放電時電池模組內部越容易產生電壓不平衡的情形，進而導致電池模組的壽命和可靠度下降。

目前給動力電池降溫的通用做法是風冷、液冷，現階段的設計方式只能使電池保持在一定的溫度範圍內，同時每個電池芯的溫度差異較大。一般電動車或儲能系統使用之電池組使用的液態流體降溫或加熱方案，其電池組與液態流體降溫或加熱系統為分別的獨立個體，需通過組裝後方使電池組可達到降溫或加熱的功能。此方式是由電池芯罐身經與電池芯接觸的高導熱介質TIM(Thermal Interface Material)再傳至液冷導流板上，再由導流板 內之液態流體帶離，過程中，經多種材料傳遞熱能，此方式會增加熱傳阻抗無法達到最佳效率，且電池組的體積增加，材料繁多，成本亦無法降低。緣此，本創作人乃潛心研究並配合學理的運用，而提出一種設計合理且有效改善上述問題的本創作。

本創作的主要目的在於提供一種電池模組，藉以可改善習知電池模組無法有效控制電池芯的溫度，進而造成電池模組所供應之電壓不穩，而造成使用壽命短的問題。

為了實現上述目的，本創作提供一種電池模組，其包含：一底槽、一電池芯組及一上框架。底槽具有一容置開口，底槽的其中兩側壁分別設置有一流體入口及一流體出口，且底槽設置有一固定支架，固定支架包含數個固定容槽。電池芯組包含數個電池芯，各電池芯分別對應設置於底槽的各固定容槽中，且每兩個電池芯間形成一導流通道。上框架設置於底槽的容置開口，上框架包含有數個框條，且各框條對應於各導流通道的位置。其中，上框架密封設置於導熱槽的容置開口的周緣，且上框架的各框條對應密封設置於每兩個電池芯間，以使電池芯組設置於由上框架與底槽所形成的除了流體入口及流體出口外的一密封空間。

本創作的電池模組，具有的優點是：液態流體可與各電池芯直接接觸，而可更有效地將其所產生的熱能帶走，或是可以更有效地提供該電池芯熱能，以使電池模組可達到良好的溫度控制，從而可增強動力電池的環境適應能力，且同時可以也有效控制電池模組的電壓均勻度，進而更可以有效提升電池整體使用壽命。

為使能更進一步瞭解本創作的特徵及技術內容，請參閱以下有關本創作的詳細說明與附圖，然而所附圖式僅提供參考與說明用，並非用來對本創作加以限制者。

1‧‧‧電池模組

10‧‧‧底槽

101‧‧‧側壁

1011‧‧‧溝槽

102‧‧‧容置開口

11‧‧‧流體入口

12‧‧‧流體出口

13‧‧‧固定支架

131‧‧‧支架肋

132‧‧‧固定容槽

14‧‧‧導流板

141‧‧‧隔板

20‧‧‧電池芯組

201‧‧‧導流通道

21‧‧‧電池芯

30‧‧‧上框架

31‧‧‧外框體

311‧‧‧內邊框

312‧‧‧凹槽

32‧‧‧框條

40‧‧‧電路模組

401‧‧‧電路基板

402‧‧‧正極端子

403‧‧‧負極端子

50‧‧‧上蓋

501‧‧‧第一開口

502‧‧‧第二開口

60‧‧‧密封件

70‧‧‧防水膠條

A‧‧‧導流區

B‧‧‧緩衝區

圖1為本創作的電池模組的第一實施例的爆炸圖。

圖2為本創作的電池模組的第一實施例的組裝示意圖。

圖3為本創作的電池模組的第一實施例的第一剖面示意圖。

圖4為本創作的電池模組的第一實施例的第二剖面示意圖。

圖5為本創作的電池模組的第一實施例的另一組裝示意圖。

圖6為本創作的電池模組的底槽的導流板示意圖。

圖7為本創作的電池模組的液態流體流通示意圖。

〔第一實施例〕

請一併參閱圖1至圖4；圖1及圖2為本創作的電池模組的爆炸圖及組裝圖；圖3上框架、底槽與電池芯組的組裝剖面示意圖；圖4為上框架、底槽、電池芯組與密封件的組裝剖面示意圖。如圖1及圖2所示，電池模組1包含：一底槽10、一電池芯組20、一上框架30、一電路模組40、一上蓋50及一密封件60。底槽10可以是由一底板(未標號)與四個環繞該底板設置的側壁101所組成的，具有一容置開口102的半封閉槽體，而底槽10的其中兩側壁101分別設置有一流體入口11及一流體出口12。較佳地，流體入口11及流體出口12可以是分別設置於兩個相對應的側壁101的外表面上，且流體入口11與底槽10的底板的距離可以是，低於或是等於流體出口12與底槽10的底板的距離，可以依據實際需求加以選擇。

底槽10的底板(未標號)更設置有一固定支架13，其包含數個由多個支架肋131交錯設置而成的固定容槽132；其中，固定支架13可以是與底槽10一體成形的設置，或是另外設計的獨立構件。電池芯組20所包含的數個電池芯21，則分別對應設置於底槽10內的各固定容槽132中，藉以各電池芯21的一端可穩固的設置於底槽10內；各電池芯21間據以形成有一相互流通的導流通道 201，用以提供由底槽10的流體入口11流入的液態流體，流通各電池芯21間的路徑。在實務中，各導流通道201可以是透過調整形成各固定容槽132的支架肋131的壁厚而決定。其中，圖式中是以各支架肋131具有相同壁厚，而各導流通道201具有相同寬度為例，但並不以此為限；在特殊應用中，可以使各導流通道201的寬度不同，再配合液態流體的流速，據以可使流經各導流通道201的液態流體，更有效率地帶走各電池芯21運作所產生的熱能或提供電池芯21熱能。

上框架30設置於底槽10的容置開口102的周緣上(較佳地，可以是利用超音波熔接的方式)，其可以是由一外框體31與其內部數個交錯設置的框條32所組成，且各框條32的寬度及其排列方式，可以是對應於電池芯組20的各導流通道201的寬度及其設置方式，藉以可密封各導流通道201的上端面，以使得電池芯組20設置於由上框架30與底槽10所形成的除了流體入口11及流體出口12外的一密封空間(未標號)內。進而可以透過流體入口11灌入低於電池芯組20溫度的液態流體，並透過各導流通道201的導引，而使該液態流體可直接與各電池芯21的外表面接觸，而有效地吸收電池芯21的熱能，從而由流體出口12流出以達到有效而快速地散出電池芯21運作時所產生的熱能，據以電池芯組20可以藉由液態流體來進行熱傳導或是熱對流，而達到控制電池芯組20運作時之溫度的效果。當然，在另一實施態樣中，當電池模組1處於相對低溫的環境時，可以是由流體入口11灌入相對高溫的液態流體，藉以透過各導流通道201的導引，以有效且快速地使各電池芯21達到可運作的工作溫度。

電路模組40電性連接電池芯組20，且設置於上框架30上，其可以包含有一電路基板401、正極端子402及負極端子403，關於電路模組40實際的設計，可依需求加以選擇，於此不多加贅述。上蓋50蓋設於電路模組40上，而與上框架30相互結合；上蓋50 可以包含有一第一開口501及一第二開口502，以對應裸露電路模組40的正極端子401及負極端子402。

如圖3所示，為使上框架30與底槽10具有更好的密封效果，底槽10的各側壁101與上框架30相連接的上緣處，更可以設置有一溝槽1011，而上框架30的外框體31對應於該溝槽1011，可以向下延伸形成有一內邊框311，藉以外框體31與底槽10相互結合時，透過內邊框311與溝槽1011的相互緊迫結合，而更可使兩者之結合達到密封的效果。如圖3及圖4所示，為使上框架30的各框條31與電池芯21具有更好的密封效果，外框體31與各框條32間可以具有一高低落差，而形成有一凹槽312(如圖3所示)，而於該凹槽312中可以增設有一密封件60(如圖4所示)，藉以可更有效地密封各電池芯21與各框條32相互卡和時可能產生的縫隙。其中，所述密封件60可以是熱塑性膠條或是較該凹槽312寬度大的彈性膠條，藉以可透過緊迫的方式塞設於凹槽312中。

如圖5所示，在本實施例的另一示範態樣中，上蓋50與上框架30間可以設置有防水膠條70，以避免水氣由兩者相連接之縫隙間滲入，而造成電路模組的毀壞；相同的，第一開口501與正極端子402間，及第二開口502與負極端子403間亦可以設置有防水膠條(圖未示)。另外，固定支架13可以是與底槽10的底部具有一預定距離，而不與底槽10的底部接觸，亦即固定支架13可以是依據需求選擇固定於電池芯21的底部或是中段部分；當然，更好的態樣中，可以是於電池芯21底部及中段部分皆透過固定支架13固定，亦即底槽10可以是設置有多個固定支架13，以確保電池芯21可穩固地設置於底槽10中。

〔第二實施例〕

請一併參閱圖5及圖6，其為本創作的電池模組的第二實施例的示意圖。如圖所示，本實施例與上述實施例不同之處在於，底槽10在設置有流體入口11的側壁101的內側，更可以設置有一 導流板14，其可以包含有至少三個隔板141，以區隔出兩個導流區A，且位於中心位置的隔板141可以是恰位於流體入口11的圓周直徑上。如圖6所示，藉以當液態流體由流體入口11流入時，液態流體會先行碰撞到導流板14，並受導流板14的導引，而向底槽10的左右兩側分流。

具體地說，為使液態流體可以持續地由底槽10的流體入口11流入，而吸收電池芯21的熱能後，由流體出口12流出，在實際應用中，多會利用一增加幫浦，以將液態流體加壓後，灌入底槽10中，以使底槽10中的液態流體，可以不斷地被替換，而持續地將各電池芯21所產生的熱能帶走。而，本實施例所述設置於底槽10的導流板14，可以先行抵擋經加壓後，進入的高壓液態流體，以避免鄰近於流體入口11的電池芯21，可能受高壓液態流體衝擊而毀壞的問題。

另外，值得一提的是，設置於底槽10的固定支架13，其鄰近於流體入口11的支架肋131以及鄰近於流體出口12的支架肋(圖未示)，可以與該流體入口11所屬的側壁101有一間隔距離，具以使電池芯組20的兩側，分別與流體入口11及流體出口12所屬的側壁101形成有一緩衝區B，藉以可使由流體入口11流入之液態流體更均勻地流入各導流通道201中。

惟以上所述僅為本創作的較佳實施例，非意欲侷限本創作的專利保護範圍，故舉凡運用本創作說明書及圖式內容所為的等效變化，均同理皆包含於本創作的權利保護範圍內，合予陳明。

1‧‧‧電池模組

10‧‧‧底槽

101‧‧‧側壁

102‧‧‧容置開口

11‧‧‧流體入口

12‧‧‧流體出口

13‧‧‧固定支架

131‧‧‧支架肋

132‧‧‧固定容槽

20‧‧‧電池芯組

201‧‧‧導流通道

21‧‧‧電池芯

30‧‧‧上框架

31‧‧‧外框體

32‧‧‧框條

40‧‧‧電路模組

401‧‧‧電路基板

402‧‧‧正極端子

403‧‧‧負極端子

50‧‧‧上蓋

501‧‧‧第一開口

502‧‧‧第二開口

60‧‧‧密封件

Claims (11)

1. 一種電池模組，其包含：一底槽，其具有一容置開口，該底槽的其中兩側壁分別設置有一流體入口及一流體出口，且該底槽設置有一固定支架，該固定支架包含數個固定容槽；一電池芯組，其包含數個電池芯，各該電池芯分別對應設置於該底槽的各該固定容槽中，且每兩個該電池芯間形成一導流通道；以及一上框架，其密封設置於該底槽的該容置開口的周緣，且該上框架包含數個框條，而各該框條對應密封設置於每兩個該電池芯間。
2. 如請求項1所述的電池模組，其中該上框架密封設置於該底槽的該容置開口的周緣，且各該框條對應密封設置於每兩個該電池芯間，以使該電池芯組設置於由該上框架與該底槽所形成的除了該流體入口及該流體出口外的一密封空間。
3. 如請求項1所述的電池模組，其中該流體入口及該流體出口分別設置於該底槽相對應的兩側壁。
4. 如請求項3所述的電池模組，其中該固定支架具有數個支架肋，以交錯設置而形成該些固定容槽，而鄰近於該流體入口及該流體出口的該支架肋，與該流體入口及該流體出口所屬的側璧具有一間隔距離，據以使該電池芯組的兩側分別與該流體入口及該流體出口間形成一緩衝區。
5. 如請求項1所述的電池模組，進一步更包含一密封件，其設置於該上框架與該電池芯組連接處。
6. 如請求項5所述的電池模組，其中該上框架包含一外框體，該些框條交錯設置於該外框體內，且該外框體與各該框條間具有一高低落差，而形成有一凹槽，該密封件設置於該凹槽。
7. 如請求項1所述的電池模組，其中該底槽更包含一導流結構， 其設置於該流體入口處，以導引由流體入口所流入之液態流體之流向。
8. 如請求項7所述的電池模組，其中該導流結構包含至少三隔板，以將該流體入口區分為二導流區。
9. 如請求項1所述的電池模組，其中該底槽的該容置開口的周緣具有一溝槽，該上框架相對於與該容置開口連接的一側，具有一內框，該上框架設置於該容置開口的周緣上時，該內框對應卡和於該溝槽，以使上框架緊密地與該底槽相連接。
10. 如請求項1所述的電池模組，其中該流體入口與該底槽的底板距離低於或等於該流體出口。
11. 如請求項1所述的電池模組，進一步更包含一電路模組及一上蓋；該電路模組設置於該上框架上，並電性連接該電池芯組，且具有一正極端子及一負極端子，該上蓋蓋設於該電路模組上，且使該正極端子及該負極端子外露。