CN110957459A - 电池模块 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种电池模块，包括多个电池芯、多个导电片及至少一塑胶保护层，其中各个导电片分别串联和/或并联多个电池芯。塑胶保护层以射出成型方式设置在导电片的部分表面，并避免故障的电池芯喷出的电解液接触大面积的导电片，造成电池芯的温度不正常上升，进而导致电池芯烧熔或***的情形发生，并有利于提高电池模块的安全性。

Description

电池模块
技术领域
本发明提供一种电池模块，可避免故障的电池芯喷出的电解液接触大面积的导电片及保护单元，而造成电池芯的温度不正常上升，并有利于提高电池模块的安全性。
背景技术
二次电池主要包括镍氢电池、镍镉电池、锂离子电池、锂高分子电池，锂电池具有能量密度高、操作电压高、使用温度范围大、无记忆效应、寿命长、可历经多次充放电等优点，并被广泛的使用在可携式电子产品如手机、笔记型电脑、数码相机等，近年来更扩及汽车领域。一般通常会将多个电池芯(Cell)连接，以形成一电池组，并调整各个电池芯的串联和/或并联，使得电池组可输出产品需要的电压。
电池芯的构造主要包括正极材料、电解液、负极材料、隔离层及壳体，其中隔离膜将正极材料及负极材料隔开以避免短路，而电解液则设置在多孔隙的隔离膜中，并作为离子电荷的传导工作。壳体用以包覆上述的正极材料、隔离膜、电解液及负极材料，一般而言壳体通常由金属材质所制成。
当电池组的其中一个电池芯故障时，电解液有可能会由电池芯喷出或渗出，并以气体或液体的状态传递到其他的电池芯或导电片。导电片会以热传导的方式由电解液接收热量，进而导致导电片及连接的电池芯的温度不正常的上升，并可能会造成其他正常的电池芯损坏。
发明内容
本发明一目的，在于提供一种电池模块，主要通过射出成型的方式在导电片和/或保护单元的外表面设置塑胶保护层，藉此对导电片和/或保护单元提供额外的保护。
本发明一目的，在于提供一种电池模块，包括多个电池芯、多个导电片、多个保护单元及塑胶保护层，其中导电片串联电池芯，而保护单元则并联电池芯。塑胶保护层以射出成型的方式设置在导电片及保护单元的外表面，其中塑胶保护层完整的包覆保护单元，并包覆导电片的部分区域，以避免故障的电池芯喷出的高温电解液大面积的接触导电片和/或保护单元，进而造成其他正常的电池芯的温度上升。
本发明一目的，在于提供一种电池模块，包括多个电池芯、至少一导电片及塑胶保护层，其中导电片串联和/或并联各个电池芯。塑胶保护层以射出成型的方式设置在导电片的部分区域，以避免故障的电池芯喷出的高温电解液大面积的接触导电片，进而造成连接导电片的其他正常的电池芯的温度上升。
本发明提出一种电池模块，包括：多个电池芯；多个导电片，分别串联该电池芯；至少一保护单元，连接两个该导电片，使得连接该导电片的该电池芯并联，其中当该保护单元的温度大于一预设温度，或者是通过该保护单元的电流大于一预设电流时，该保护单元将会断开；及至少一塑胶保护层，以射出成型方式设置在该保护单元及该导电片的部分区域。
本发明还提出另一种电池模块，包括：多个电池芯；至少一导电片，并联该电池芯；及至少一塑胶保护层，以射出成型方式设置在该导电片的部分区域。
所述的电池模块，其中保护单元为一温度保险丝、一电流保险丝、一焊锡丝、一单芯铜线、一自复式保险丝或一电阻。
所述的电池模块，其中多个电池芯沿着一第一方向及一第二方向以矩阵方式排列，第一方向垂直第二方向，第一方向上相邻的电池芯的设置方向相反，而第二方向上相邻的电池芯的设置方向则相同。
所述的电池模块，包括至少一固定架，固定架包括多个固定孔用以容纳及固定电池芯。
所述的电池模块，包括一第一导电片及一第二导电片，第一导电片及第二导电片分别并联部分电池芯，并作为电池模块的输出端或输入端，而塑胶保护层设置在第一导电片及第二导电片的部分区域。
所述的电池模块，其中导电片串联及并联电池芯。
所述的电池模块，其中导电片包括多个第一导电部及至少一第二导电部，第一导电部串联电池芯，而第二导电部则连接第二导电部，使得连接第二导电部的电池芯并联。
所述的电池模块，其中塑胶保护层完整包覆第二导电部，并包覆第一导电部的部分区域。
以下结合附图和具体实施例对本发明进行详细描述，但不作为对本发明的限定。
附图说明
图1为本发明的电池模块一实施例的立体分解示意图。
图2为本发明电池模块又一实施例的立体分解示意图。
图3为本发明电池模块又一实施例的立体分解示意图。
图4为本发明电池模块又一实施例的立体分解示意图。
图5为本发明电池模块又一实施例的立体分解示意图。
图6为本发明电池模块又一实施例的立体分解示意图。
主要组件符号说明：
10 电池模块
100 电池模块
11 电池芯
13 导电片
131 第一导电部
133 第二导电部
141 第一导电片
143 第二导电片
15 塑胶保护层
17 固定架
171 固定孔
19 保护单元
X 第一方向
Y 第二方向
具体实施方式
下面结合附图对本发明的结构原理和工作原理作具体的描述：
请参阅图1，为本发明电池模块一实施例的立体分解示意图。如图所示，电池模块10主要包括多个电池芯11、至少一导电片13及至少一塑胶保护层15，其中导电片13用以串联和/或并联多个电池芯11，而塑胶保护层15则以射出成型的方式设置在导电片13的部分区域。
在本发明一实施例中，多电池芯11可以矩阵方式排列，其中电池芯11沿着第一方向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上相邻的电池芯11的设置方向相反，其中相邻的电池芯11的正负极分别朝相反的方向，例如沿着第一方向X设置的电池芯11以正负极交错的方式排列，而在第二方向Y上相邻的电池芯11的设置方向则相同。当然上述电池芯11的排列方式仅为本发明一实施例，在实际应用时电池芯11亦可不以矩阵方式排列。
导电片13用以串联和/或并联多个电池芯11，例如导电片13可通过点焊或激光焊接等方式，分别连接相邻的多个电池芯11的正极及负极。当电池芯11以矩阵方式排列时，导电片13串联沿着第一方向X设置的相邻的两个电池芯11，此外导电片13还并联沿着第二方向Y设置的两个或两个以上的电池芯11，并形成一电池模块10。导电片13可由金属材质所制成，例如可为镍片、铜片等低电阻的材料。
在本发明一实施例中，导电片13可包括多个第一导电部131及至少一第二导电部133，其中第二导电部133用以连接相邻的两个第一导电部131，例如导电片13的外观近似鱼骨状。具体而言，各个第一导电部131分别串联沿着第一方向X设置的相邻的两个电池芯11，而第二导电部133则连接相邻的两个第一导电片131，使得沿着第二方向Y设置的两个或多个电池芯11并联。
如本发明图1的实施例所示，位于左侧的三个电池芯11通过导电片13并联，位于右侧的三个电池芯11同样通过导电片13并联，此外位于左侧的三个并联的电池芯11还通过导电片13串联位于右侧的三个并联的电池芯11。当然六个电池芯11的串联及并联仅为本发明一实施例，并非本发明权利范围的限制，本发明可应用在两个或两个以上的电池芯11的串联和/或并联。
具体而言，当串联的电池芯11的数量为两个时，例如在第一方向X上仅排列两个电池芯11，并在第二方向Y上排列两个或以上的电池芯11时，仅需要设置一个导电片13，如图1所示。当串联的电池芯11的数量为三个时，例如在第一方向X上排列三个电池芯11，并在第二方向Y上排列两个或以上的电池芯11时，则可能需要设置两个导电片13，如图2所示，分别在电池芯11的阵列的前端及后端接分别设置一导电片13，其中位在前端的导电片13连接位在左侧的六个电池芯11，而位在后端的导电片13则连接位在右侧的六个电池芯11。
在不同实施例中，串联的电池芯11的数量可为三个以上，而导电片13的数量亦为三个以上，如图3所示。电池模块10可包括至少一第一导电片141及至少一第二导电片143，其中第一导电片141及第二导电片143用以并联部分的电池芯11，并作为电池模块10的输出端和/或输入端。一般而言，第一导电片141及第二导电片143通常会连接最靠侧边的一个或多个电池芯11，例如连接或并联最靠侧边且沿着第二方向Y设置的多个电池芯11。
在本发明一实施例中，电池模块10还包括至少一固定架17，并通过固定架17固定各个电池芯11。例如固定架17的数量可为两个，并分别设置多个固定孔171，其中两个固定架17的固定孔171分别容纳电池芯11的两端，以固定多个电池芯11。
本发明所述的导电片13的部分区域可设置塑胶保护层15，其中塑胶保护层15可通过射出成型的方式设置，以提高塑胶保护层15对导电片13的保护及包覆性，此外更适用于在不同几何形状的导电片13上设置塑胶保护层15。
如习用技术所述，当电池模块10的其中一个电池芯11故障，高温的电解液可能会以液态或气态的方式喷出故障的电池芯11，喷出的液态或气态电解液会四处扩散，可能直接与其他的电池芯11及导电片13接触，并造成其他电池芯11及导电片13的温度不正常上升。一般而言，导电片13与外界的接触面积较大，因此更容易与喷出的液态和/或气态电解液接触，并由液态和/或气态电解液吸收大量的热量，进而造成导电片13的温度上升。导电片13会通过热传导的方式将热量传递给连接的电池芯11，并造成电池芯11的温度上升，进而提高电池芯11损坏的机率。
为了避免上述的问题发生，本发明进一步在导电片13的部分表面上设置塑胶保护层15，大幅降低导电片13与液态和/或气态的电解液直接接触的机会及接触面积，因此可大幅减少导电片13由液态和/或气态的电解液吸收的热量。此外当塑胶保护层15与液态和/或气态的电解液接触后，塑胶保护层15可能会由液态和/或气态的电解液吸收热量并熔化，如此一来将可降低电池模块10内的温度，并达到保护其他正常的电池芯11的目的。
在实际应用时，塑胶保护层15可包覆导电片13的第一导电部131的部分表面，并完整的包覆导电片13的第二导电部133，其中未被塑胶保护层15包覆的第一导电部131则连接电池芯11，而被塑胶保护层15包覆的第二导电部133则不会与外界接触。当然图3的第一导电片141及第二导电片143的部分表面上亦可以射出成型的方式设置塑胶保护层15，以避免喷出的气态或液态的电解液直接接触第一导电片141及第二导电片143。
在本发明一实施例中，可将导电片13连接电池芯11的表面定义为内表面，将导电片13的另一表面定义为外表面，而外表面及内表面之间的连接面则定义为侧表面。塑胶保护层15可设置导电片13的外表面、内表面及侧表面上，并对导电片13提供完整的保护。在不同实施例中，塑胶保护层15可仅设置在导电片13的外表面及侧表面上，而导电片13的内表面则不设置塑胶保护层15。主要是因为当故障的电池芯11的电解液喷出时，导电片13的外表面及侧表面与电解液接触的机率较高，而导电片13的内表面与电解液接触的机率则较低。因此仅在导电片13的外表面及侧表面设置塑胶保护层15，亦可对导电片13提供足够的保护。
此外在本发明实施例中，如图1、2及3分别以六个、九个及二十七个电池芯11为说明的实施例中，但在实际应用时电池芯11的数量最少可为两个，并以导电片13并联两个电池芯11，同时在导电片13的部分表面上设置塑胶保护层15，藉此当其中一个电池芯11故障并喷出电解液时，喷出的电解液将不会大面积接触导电片13，使得另一个正常的电池芯11的温度不会大幅上升，并可正常的提供稳定的电压，因此本发明图式的电池芯11的数量并不为本发明权利范围的限制。
请参阅图4，为本发明电池模块又一实施例的立体分解示意图。如图所示，本发明实施例所述的电池模块100包括多个电池芯11、多个导电片13、至少一保护单元19及至少一塑胶保护层15，其中导电片13串联多个电池芯11，保护单元19连接两个导电片13，而塑胶保护层15则以射出成型的方式设置在保护单元19及导电片13的部分区域。
保护单元19并联两个导电片13，而连接导电片13的电池芯11亦经由保护单元19并联。当保护单元19的温度大于一预设温度，或者是通过保护单元19的电流大于一预设电流时，保护单元19将会断开。
当电池模块100的其中一个电池芯11故障而短路时，其他正常的电池芯11将会经由保护单元19对并联的短路电池芯11充电，使得通过保护单元19的电流增加，并造成保护单元19的温度上升。当保护单元19的电流大于预设电流和/或保护单元19的温度大于预设温度时，保护单元19将会熔断，并在其他正常的电池芯11与并联的短路电池芯11之间形成断路，使得正常的电池芯11不会对并联的短路电池芯11充电。
通过本发明所述的电池模块100，可防止正常的电池芯11不断对短路的电池芯11进行大电流充电，因此可避免短路的电池芯11的温度不正常上升，藉此可有效降低电池芯11烧熔或***的情形发生，以提高电池模块100的使用安全性。
具体而言，本发明所述的保护单元19可包括但不局限于温度保险丝、电流保险丝、焊锡丝、单芯铜线、自复式保险丝(PTC)、电阻等会因为电流和/或温度上升而断开的元件。例如焊锡丝的熔点相对低，因此当焊锡丝的温度上升时，焊锡丝将会熔断，以断开短路的电池芯与并联的正常的电池芯。由于焊锡丝的设置成本低，且只需要使用一般的电烙铁或焊枪，便可将焊锡丝(保护单元19)连接两个导电片13，以并联电池芯11。此外单芯铜线及电阻的特性亦与焊锡丝相近，并可以类似的方式设置，同样具有设置成本低及设置容易的优点。
在实际应用时可通过保护单元19的材料、长度、宽度和/或截面积改变预设温度和/或预设电流的大小，以预设温度进行说明，一般含有铅的锡丝大约会在摄氏190度左右熔断，而无铅的锡丝则约会在摄氏220度左右熔断。若电池芯11失效时所产生的温度为摄氏600度以上，则在电池芯11过热、烧熔或***之前锡丝(保护单元19)便会先熔断，并断开失效的电池芯11与并联的正常电池芯11之间的连接。以预设电流进行说明，一般的锡丝大约在通过40～50A的电流时，会因为高温而熔断，而电池芯11短路时流过的电流约为100～200A，因此在电池芯11的电流过大之前，锡丝(保护单元19)便会先熔断，并断开失效的电池芯11与并联的正常电池芯11之间的连接，其中电池芯11短路时所流过的电流值与电池芯11的特性及并联的电池芯11数量相关。
另外若选择以0603尺寸的1欧姆电阻作为保护单元19时，大约可以承受1/10W的能量。当瞬间电流为100A时，产生的能量将远高于电阻所能承受的范围，并导致电阻熔断，同样可断开失效的电池芯11与并联的正常电池芯11之间的连接。
具体而言，当串联的电池芯11的数量为两个时，例如在第一方向X上仅排列两个电池芯11，并在第二方向Y上排列两个或以上的电池芯11时，仅需要设置一个导电片13，如图4所示。当串联的电池芯11的数量为三个时，例如在第一方向X上排列三个电池芯11，并在第二方向Y上排列两个或以上的电池芯11时，则可能需要设置两个导电片13，如图5所示，分别在电池芯11的阵列的前端及后端接设置一导电片13，其中位在前端的导电片13连接位在左侧的六个电池芯11，而位在后端的导电片13则连接位在右侧的六个电池芯11。
在不同实施例中，串联的电池芯11的数量可为三个以上，而导电片13的数量亦为三个以上，如图6所示。此外电池模块10还包括至少一第一导电片141及至少一第二导电片143，其中第一导电片141及第二导电片143用以并联部分的电池芯11，并作为电池模块10的输出端和/或输入端。
在本发明一实施例中，电池模块10还包括至少一固定架17，并通过固定架17固定各个电池芯11。例如固定架17的数量可为两个，并分别设置多个固定孔171，其中两个固定架17的固定孔171分别容纳电池芯11的两端，并固定多个电池芯11。
本发明所述的保护单元19及导电片13的部分区域可设置塑胶保护层15，其中塑胶保护层15可通过射出成型的方式设置，以提高塑胶保护层15对保护单元19及导电片13的保护及包覆性，此外更适用于在不同几何形状的保护单元19及导电片13上设置塑胶保护层15。
本发明在保护单元19及导电片13的部分表面设置塑胶保护层15，可大幅降低保护单元19及导电片13与液态和/或气态的电解液直接接触的机会及接触面积，因此可大幅降低保护单元19及导电片13由液态和/或气态的电解液吸收热量，并达到保护其他正常的电池芯11的目的。
本发明图4至图6的实施例中，主要通过保护单元19连接导电片13，并通过导电片13连接电池芯11。一般而言会先连接保护单元19及多个导电片13，之后再连接电池芯11及导电片13。然而保护单元19通常不具有足够的支撑力，因此在移动导电片13及保护单元19时，导电片13及保护单元19之间的连接可能会产生变形或扭曲，并增加导电片13与电池芯11连接的困难度。
在本发明实施例中，塑胶保护层15包覆保护单元19及其连接的导电片13，并可强化保护单元19及导电片13之间的结构，以避免保护单元19及导电片13产生变形或扭曲，并方便进行导电片13与电池芯11之间的连接。此外本发明是通过射出成型的方式在保护单元19及部分的导电片13表面设置塑胶保护层15，即便保护单元19及导电片13的外观为不规则形状，塑胶保护层15仍可完整包覆保护单元19及部分的导电片13。
为此本发明实施例不仅可通过保护单元19保护短路的电池芯11，亦可通过塑胶保护层15保护包覆的保护单元19及导电片13，以防止保护单元19及导电片13与喷出的电解液直接接触，避免导电片13连接的电池芯11因高温而损坏。此外塑胶保护层15亦可强化保护单元19及导电片13的连接强度，并方便连接导电片13及电池芯11。
以上所述者，仅为本发明的一较佳实施例而已，并非用来限定本发明实施的范围，即凡依本发明申请专利范围所述的形状、构造、特征及精神所为的均等变化与修饰，均应包括于本发明的申请专利范围内。
当然，本发明还可有其它多种实施例，在不背离本发明精神及其实质的情况下，熟悉本领域的技术人员当可根据本发明作出各种相应的改变和变形，但这些相应的改变和变形都应属于本发明所附的权利要求的保护范围。

Claims (11)

1.一种电池模块，其特征在于，包括：
多个电池芯；
多个导电片，分别串联该电池芯；
至少一保护单元，连接两个该导电片，使得连接该导电片的该电池芯并联，其中当该保护单元的温度大于一预设温度，或者是通过该保护单元的电流大于一预设电流时，该保护单元将会断开；及
至少一塑胶保护层，以射出成型方式设置在该保护单元及该导电片的部分区域。
2.根据权利要求1所述的电池模块，其特征在于，其中该保护单元为一温度保险丝、一电流保险丝、一焊锡丝、一单芯铜线、一自复式保险丝或一电阻。
3.根据权利要求1所述的电池模块，其特征在于，其中该多个电池芯沿着一第一方向及一第二方向以矩阵方式排列，该第一方向垂直该第二方向，该第一方向上相邻的该电池芯的设置方向相反，而该第二方向上相邻的该电池芯的设置方向则相同。
4.根据权利要求1所述的电池模块，其特征在于，包括至少一固定架，该固定架包括多个固定孔用以容纳及固定该电池芯。
5.根据权利要求1所述的电池模块，其特征在于，包括一第一导电片及一第二导电片，该第一导电片及该第二导电片分别并联部分该电池芯，并作为该电池模块的输出端或输入端，而该塑胶保护层设置在该第一导电片及该第二导电片的部分区域。
6.一种电池模块，其特征在于，包括：
多个电池芯；
至少一导电片，并联该电池芯；及
至少一塑胶保护层，以射出成型方式设置在该导电片的部分区域。
7.根据权利要求6所述的电池模块，其特征在于，其中该导电片串联及并联该电池芯。
8.根据权利要求7所述的电池模块，其特征在于，其中该导电片包括多个第一导电部及至少一第二导电部，该第一导电部串联该电池芯，而该第二导电部则连接该第一导电部，使得连接该第一导电部的该电池芯并联。
9.根据权利要求8所述的电池模块，其特征在于，其中该塑胶保护层完整包覆该第二导电部，并包覆该第一导电部的部分区域。
10.根据权利要求7所述的电池模块，其特征在于，包括至少一固定架，该固定架包括多个固定孔用以容纳及固定该电池芯。
11.根据权利要求7所述的电池模块，其特征在于，包括一第一导电片及一第二导电片，该第一导电片及该第二导电片分别并联部分该电池芯，并作为该电池模块的输出端或输入端，而该塑胶保护层设置在该第一导电片及该第二导电片的部分区域。
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