TW202245322A - 電池組 - Google Patents

Abstract

本發明揭露一種電池組。該電池組具有配置成一或多列（R）及一或多行（M）之複數個電池單元（10）。該電池組（200）進一步具有：一第一溫度感測器（T1），其可拆離地附接至安置於一第一行（M0）中之一第一電池單元（C1）；一第二溫度感測器（T2），其可拆離地附接至安置於一最後一行（Mx）中之一第二電池單元（C2）；及一第三溫度感測器（T3），其可拆離地附接至與該第一電池單元（C1）及該第二電池單元（C2）實質上等距安置之一第三電池單元（C3）。此外，該第一溫度感測器（T1）、該第二溫度感測器（T2）及該第三溫度感測器（T3）中之每一者與一電池管理系統耦接。

Description

電池組

本發明係關於一種電池組。

大部分鋰離子電池經設計以在預定操作溫度範圍下操作。然而，操作鋰離子電池組中之主要劣勢中之一者為電池組中之個別電池單元會有熱管理的問題。這些問題出現於當高溫觸發產生熱量之發熱反應時，此轉而進一步增加溫度且潛在地觸發有害反應。在此類事件期間，電池組中之個別單元加熱至高達850℃或更高，因此同樣增加電池組內之相鄰單元的溫度。因此，由於所引起的整體損害，中斷來自電池組的電力。

典型地，溫度感測器附接至電池組或與電池組整合以量測其當前溫度。當電池組之溫度降低至正常操作溫度範圍外時，有關系統之電子器件通常啟動冷卻裝置（例如，風扇）或加熱裝置（例如，加熱器）以調整電池組之溫度以使其在正常操作溫度範圍內。然而，如具有溫度感測器至關重要，具有溫度之精確量測同樣至關重要。此由於當電池組中之溫度增加時，該些溫度不均勻地增加。因此，已作出精確地量測電池組之溫度的若干嘗試。

在一個此嘗試中，提供包括其中形成冷卻空氣路徑之底盤的電池電源，其中底盤包含：冷卻空氣入口；複數個單元，配置於冷卻空氣路徑中；及溫度感測器。溫度感測器包括：感測器區段，自底盤之外部***且固定至用於固定感測器之通孔，且感測器區段之前端部分熱接觸單元之待量測區；及線，自暴露於底盤之外部之感測器區段的部分抽出，且建立於形成於底盤壁之外部周邊表面上的凹槽內部。

在另一嘗試中，電力供應裝置提供有八個溫度感測器。每一溫度感測器固定至電池之表面以便與其熱耦接且偵測電池之溫度。在此電力供應裝置中，電池模組並排配置成兩個列，溫度感測器配置於每一列之兩側及兩個中間點處，且每一列具有四個溫度感測器，總共八個溫度感測器。因此偵測電池之溫度。複數個溫度感測器經配置以偵測具有最高溫度、最低溫度之單元、其溫度容易變化之單元及類似者。

在另一嘗試中，感測器固定孔形成於電池外殼之頂部壁中，溫度感測器單元可拆離地***至感測器固定孔中，且溫度感測器單元之溫度偵測部分之尖端與電池外殼內之電池單元接觸以偵測電池單元之溫度。

然而，存在與前述技術相關聯的若干問題。一個此問題為，量測電池組之表面溫度導致不適當、不精確以及延遲的溫度量測。此外，許多技術使用局部溫度量測且為侵入性的。將孔開孔成單元或電池外殼以安裝溫度感測器。此技術要求導致對個別單元及電池組之非期望損害。與現有技術相關聯的另一問題為技術要求多個溫度感測器。多個溫度感測器導致佈線線及因此將溫度感測器連接至控制單元的困難。此轉而增加安裝及維護中之成本及勞動。與現有技術相關聯的又一問題為溫度感測器與電池組中之冷卻劑通道的干擾。此外，若電池組之溫度不受監測，則其中採用電池組之供電裝置可發生故障且由於任何種類之***而損壞。

因此，在所屬領域中需要具有溫度量測之電池組及用於基於電池組之溫度量測控制供電裝置，諸如車輛之操作的方法，此至少解決前述問題。

一個態樣中之本發明係關於：電池組，具有配置成一或多列及一或多行之複數個電池單元；第一溫度感測器，可拆離地附接至複數個電池單元中安置於第一行中之第一電池單元，第二溫度感測器，可拆離地附接至複數個電池單元中安置於最後一行中之第二電池單元，及第三溫度感測器，可拆離地附接至複數個電池單元中與第一電池單元及第二電池單元實質上等距安置之第三電池單元；其中第一溫度感測器、第二溫度感測器及第三溫度感測器中之每一者與電池管理系統耦接。

在本發明之實施例中，第一電池單元安置於第一行之中心處。在另一實施例中，第二電池單元安置於最後一行之中心處。在又一實施例中，第三電池單元安置於中心行中。在本發明之又一實施例中，第三電池單元安置於中心行之中心處。

在本發明之實施例中，第一電池單元首先安置於中心列中，第二電池單元最後安置於中心列中，且第三電池單元安置於中心列之中心處。

在本發明之另一實施例中，電池組具有除第一溫度感測器、第二溫度感測器、第三溫度感測器以外之額外溫度感測器，從而額外溫度感測器可拆離地附接至與第三電池單元對稱定位的電池單元。

在又一實施例中，第一溫度感測器、第二溫度感測器、第三溫度感測器及額外溫度感測器選自由以下組成之群：熱敏電阻、電阻測溫計及熱電耦。

在本發明之又一實施例中，第一溫度感測器、第二溫度感測器、第三溫度感測器及額外溫度感測器可拆離地附接於電池單元之縱向中心處。

在本發明之另一實施例中，電池組具有頂部單元固持器及底部單元固持器，頂部單元固持器及底部單元固持器進一步包含用於將第一線、第二線及第三線分別自第一溫度感測器、第二溫度感測器及第三溫度感測器佈線至電池管理系統的複數個凹槽。

在又一實施例中，電池管理系統具有：電池管理板；及安裝於板上之複數個插腳，複數個插腳經組態以容納連接至第一線之第一耦接器、連接至第二線之第二耦接器及連接至第三線之第三耦接器。

在另一態樣中，本發明係關於用於控制包含至少一個電池組之電動車輛之操作的方法，方法包含以下步驟：將電池組之多個電池單元配置成一或多列及一或多行；將第一溫度感測器附接至安置於第一行中之第一電池單元、將第二溫度感測器附接至安置於最後一行中之第二電池單元及將第三溫度感測器附接至與第一電池單元及第二電池單元實質上等距安置之第三電池單元；將第一線、第二線及第三線分別自第一溫度感測器、第二溫度感測器及第三溫度感測器中之每一者，經由複數個凹槽佈線至電池管理系統；將電池單元之溫度自電池管理系統傳輸至車輛控制單元；及根據由車輛控制單元接收之溫度判定電池組之最高溫度；將電池組之最高溫度與預定臨限值溫度比較；及基於最高及最低溫度控制電動車輛之操作。

在本發明之實施例中，若電池組之最高溫度小於預定臨限值溫度，則控制電動車輛之操作包含改變電動車輛之驅動模式及降低電動車輛之速率。

在另一實施例中，若電池組之最高溫度大於預定臨限值溫度且設定溫度旗標，則控制電動車輛之操作包含關掉電動車輛及啟動電池組之瞬時冷卻。

在又一實施例中，預定臨限值溫度設定為60℃。在又一實施例中，若電池組之最高溫度低於預定臨限值溫度，則控制電動車輛之操作包含對電池組充電。

本發明大體上係關於電池組，更特定言之係關於電池組之溫度的量測。

參考圖1，本發明之電池組200具有充當保護外殼之殼體150。殼體150具有頂壁150a、底壁150b及相對側壁150c、150d、150e及150f。此外，本發明之電池組200具有安置於殼體150內部之電池模組100。電池模組100具有複數個電池單元10。參考圖4中所描繪之實施例，複數個單元10配置成一或多列R1至R12及一或多行M0至Mx且彼此串聯及/或並聯連接。

參考圖2及3，電池模組100之複數個單元10由頂部單元固持器20a及底部單元固持器20b（清晰地展示於圖3中）接收以便約束個別電池單元之單獨運動。在本發明之實施例中，頂部單元固持器20a及底部單元固持器20b各自具有用於佈線進出電池模組100之線的複數個凹槽22（同樣展示於圖5中）。此外，電池模組100之複數個單元10與電池管理系統（Battery Management System；BMS）耦接。BMS為電子系統，該電子系統包含BMS板30且藉由保護電池組200不在其安全操作溫度之外操作、監測其狀態、計算溫度資料、報導資料、控制環境、鑑別及/或平衡電池組200來管理可再充電電池組200。

現參考圖3，為了量測電池組200之溫度，本發明具有複數個溫度感測器。溫度感測器可拆離地附接至電池組200中之個別電池單元。因此，如圖3中所見，電池組200之電池模組100具有可拆離地附接至第一電池單元C1之第一溫度感測器T1。類似地，第二溫度感測器T2可拆離地附接至第二電池單元C2且第三溫度感測器T3可拆離地附接至第三電池單元C3。在本發明中，及如圖4中所展示，第一電池單元C1安置於電池模組100之第一行M0中。第二電池單元C2安置於電池模組100之最後一行Mx中，同時第三電池單元C3與第一電池單元C1及第二電池單元C2實質上等距安置。此外，第一溫度感測器T1、第二溫度感測器T2及第三溫度感測器T3中之每一者與電池管理系統（BMS）耦接。

此外，如圖3中所展示，更特定言之，在圖7a及7b中，第一溫度感測器T1由第一線W1連接至第一耦接器X1。類似地，第二溫度感測器T2由第二線W2連接至第二耦接器X2且第三溫度感測器T3由第三線W3連接至第三耦接器X3。在本發明之實施例中，電池組200具有定位於BMS板30之一個側面上或BMS板30之任一側面上的複數個對應插腳40。對應插腳40容納各別耦接器X1、X2、X3且進一步與BMS耦接以便量測及控制電池組200中之溫度變化。如上文所描述，第一線W1、第二線W2及第三線W3經由存在於用於將第一溫度感測器T1、第二溫度感測器T2及第三溫度感測器T3與BMS可操作地耦接之頂部單元固持器20a及底部單元固持器20b上的複數個凹槽22引導。

如圖6之圖中所展示，自所進行之各種實驗，安置於電池組200之行之中心位置中的電池單元展示最高溫度偏差藉此提供快速溫度控制機制。因此，在本發明之實施例中及如圖3及4中所描繪，第一電池單元C1安置於第一行M0之中心處。替代地，第一電池單元C1首先安置於中心列R6中。第二電池單元C2安置於最後一行Mx之中心處。替代地，第二電池單元C2最後安置於中心列R6中。同時第三電池單元C3安置於中心行Mc處。在本發明之另一實施例中，及如圖3及4中所展示，第三電池單元C3安置於中心行Mc之中心處，替代地，第三電池單元C3安置於中心列R6之中心處。

存在若干個例從而具有配置成20列或更多之電池單元的大電池組用於更大電力輸出。在這些情況下，為了精確地量測整個電池組之溫度，存在除第一溫度感測器T1、第二溫度感測器T2、第三溫度感測器T3以外之所使用的額外溫度感測器。如圖4中所展示，在本發明之實施例中，當電池模組100中之列的數目為二十或更多時，第四溫度感測器T4（圖中未示）可拆離地附接至第四電池單元C4且第五溫度感測器T5（圖中未示）可拆離地附接至第五電池單元C5。在另一實施例中，第四電池單元C4及第五電池單元C5安置於中心列R6中且鄰近於第三電池單元C3從而第四電池單元C4及第五電池單元C5安置於第三電池單元C3之任一側面上。在本發明之又一實施例中，額外溫度感測器（圖中未示）可拆離地附接至與第三電池單元C3對稱定位之電池單元。因此，在本發明之又一實施例中，增加列的數目導致增加附接至與第三電池單元C3對稱定位之電池單元的所定位之溫度感測器的數目。

現參考圖8中所展示的圖，該圖為記錄於例示性電池單元之正極端子、負極端子及縱向中心處之溫度與電池單元之充電及放電時間的曲線。自所進行之各種實驗，發現在記錄任何種類之溫度變化的同時，當單元放電時在電池單元之縱向中心處獲得最大輸出。因此，沿著整個電池單元之長度，在單元之縱向中心處觀測到最高溫度。如圖7a中所展示，第一溫度感測器T1由第一線W1連接至第一耦接器X1。因此，如圖7b中所展示，第一溫度感測器T1可拆離地附接至其縱向中心處之第一電池單元C1。在實施例中，溫度感測器藉由使用包括但不限於膠帶、膠等之黏合構件可拆離地附接至電池單元。在本發明之另一實施例中，溫度感測器為熱敏電阻，或電阻測溫計，或熱電耦或任何此類溫度感測器。在本發明之實施例中，可在諸如車輛、重機械、電源備份等之任何供電裝置中採用電池組200，且基於電池組200之溫度，控制供電裝置之操作以避免任何種類之災難。

參考圖9，本發明揭露用於控制包含至少一個電池組200之電動車輛之操作的方法500。在步驟510處，電池組200之複數個電池單元10配置成一或多列R及一或多行M。在步驟520處，第一溫度感測器T1附接至安置於第一行M0中之第一電池單元C1。類似地，第二溫度感測器T2附接至安置於最後一行Mx中之第二電池單元C2，且第三溫度感測器T3附接至與第一電池單元C1及第二電池單元C2實質上等距安置之第三電池單元C3。在步驟530處，分別自可拆離地附接至第一電池單元C1、第二電池單元C2及第三電池單元C3之第一溫度感測器T1、第二溫度感測器T2及第三溫度感測器T3佈線第一線W1、第二線W2及第三線W3。如上文所解釋，第一線W1、第二線W2及第三線W3經由複數個凹槽22佈線至BMS板30至電池管理系統。在步驟540處，電池單元C1、C2及C3之溫度自BMS傳輸至車輛控制單元。因此所接收之電池單元C1、C2及C3之溫度由車輛控制單元處理。在實施例中，電池單元C1、C2及C3之溫度由BMS處理。因此，基於自電池單元接收之溫度讀數由車輛控制單元進行以下量測：在步驟550a處，根據由車輛控制單元接收之溫度判定電池組之最高及最低溫度臨限值；在步驟550b處，將電池組200之最高溫度與預定臨限值溫度比較；及在步驟550c處，基於最高及最低溫度由車輛控制單元控制電動車輛之操作。因此，如圖9中所展示，若電池組200之最高溫度低於預定臨限值溫度，則車輛控制單元改變電動車輛之驅動模式且降低電動車輛之速率。若電池組200之最高溫度高於預定臨限值溫度，則緊接著關掉電動車輛且由車輛控制單元啟動電池組200之瞬時冷卻。在本發明之實施例中，預定臨限值溫度設定為60℃。在本發明之另一實施例中，當最高溫度大於預定臨限值溫度時設定溫度旗標，且基於溫度旗標，車輛控制單元改變電動車輛之驅動模式且降低電動車輛之速率或啟動電池組200之冷卻。因此，若電池組200之溫度低於預定臨限值溫度，則啟動電池組200之充電。

有利地，本發明使用最小數目之溫度感測器同時實現最佳溫度量測。此亦提供將線自溫度感測器佈線至耦接器的便利。經由凹槽佈線之線的最小數目避免鬆弛且亦不干擾電池模組中之空氣冷卻通道。此外，溫度感測器可拆離地附接至電池單元，藉此避免任何種類之侵入性技術。由於溫度感測器之局部附接，亦偵測個別電池單元之局部故障。此外，經由沿著單元固持器之長度所設置之凹槽，引導及簡化電池組之組合製程；單元之線及其觸點保持完好，確保電池組之連續溫度量測。另外，由於最佳溫度量測，可設計有效冷卻系統及協定。另外，本發明因此有助於使如與效能相關之充電狀態（state of charge；SOC）及與電池壽命相關之健康狀態（state of health；SOH）的參數最佳化且防止電池組之熱失控。此外，基於電池組之溫度之車輛中之此控制機制確保駕駛者及車輛之安全且防止任何意外事故發生。雖然本發明已關於某些實施例予以了描述，但對於所屬領域中具通常知識者將為顯而易見的是，可在不偏離本發明之如由以下申請專利範圍定義的範疇情況下進行各種改變及修改。

10:電池單元 20a:頂部單元固持器 20b:底部單元固持器 22:凹槽 30:電池管理系統板 40:插腳 100:電池模組 150:殼體 150a:頂壁 150b:底壁 150c:相對側壁 150d:相對側壁 150e:相對側壁 150f:相對側壁 200:電池組 500:方法 510:步驟 520:步驟 530:步驟 540:步驟 550a:步驟 550b:步驟 550c:步驟 C1:第一電池單元 C2:第二電池單元 C3:第三電池單元 C4:第四電池單元 C5:第五電池單元 M0-Mx:行 R1-R12:列 T1:第一溫度感測器 T2:第二溫度感測器 W1:第一線 W2:第二線 W3:第三線 X1:第一耦接器 X2:第二耦接器 X3:第三耦接器

將參考本發明之實施例，可在附圖中說明實施例之實例。這些圖式意欲為說明性，而非限制性的。儘管通常在這些實施例之情形下描述本發明，但應理解不意欲將本發明之範圍限於這些特定實施例。 [圖1]展示根據本發明之實施例之電池組的分解視圖。 [圖2]展示根據本發明之實施例的電池模組。 [圖3]展示根據本發明之實施例之電池模組的分解視圖。 [圖4]展示根據本發明之實施例之電池模組的俯視圖。 [圖5]展示根據本發明之實施例的電池模組。 [圖6]展示根據本發明之實施例之個別單元之經記錄溫度的圖。 [圖7a]展示根據本發明之實施例的溫度感測器。 [圖7b]展示根據本發明之實施例之附接至個別單元的溫度感測器。 [圖8]展示根據本發明之實施例之個別電池單元之不同區域（正極端子、縱向中心、負極端子）中之經記錄溫度的圖。 [圖9]展示根據本發明之實施例之用於控制包含至少一個電池組之電動車輛之操作之方法的流程圖。

10:電池單元

100:電池模組

150:殼體

150a:頂壁

150b:底壁

150c:相對側壁

150d:相對側壁

150e:相對側壁

150f:相對側壁

200:電池組

Claims (16)

1. 一種電池組（200），其包含： 複數個電池單元（10），其配置成一或多列（R）及一或多行（M）； 一第一溫度感測器（T1），其可拆離地附接至該複數個電池單元（10）中安置於一第一行（M0）中之一第一電池單元（C1）； 一第二溫度感測器（T2），其可拆離地附接至該複數個電池單元（10）中安置於一最後一行（Mx）中之一第二電池單元（C2）；及 一第三溫度感測器（T3），其可拆離地附接至該複數個電池單元（10）中與該第一電池單元（C1）及該第二電池單元（C2）實質上等距安置之一第三電池單元（C3）； 其中該第一溫度感測器（T1）、該第二溫度感測器（T2）及該第三溫度感測器（T3）中之每一者與一電池管理系統耦接。
2. 如請求項1之電池組（200），其中該第一電池單元（C1）安置於該第一行（M0）之中心處。
3. 如請求項1之電池組（200），其中該第二電池單元（C2）安置於該最後一行（Mx）之中心處。
4. 如請求項1之電池組（200），其中該第三電池單元（C3）安置於一中心行（Mc）中。
5. 如請求項4之電池組（200），其中該第三電池單元（C3）安置於該中心行（Mc）之中心處。
6. 如請求項1之電池組（200），其中該第一電池單元（C1）安置於一中心列（R6）中之一第一位置中，該第二電池單元（C2）安置於該中心列（R6）中之一最後位置處，且該第三電池單元（C3）安置於該中心列（R6）之一中心位置處。
7. 如請求項1之電池組（200），其包含除該第一溫度感測器（T1）、該第二溫度感測器（T2）、該第三溫度感測器（T3）以外之額外溫度感測器，從而該些額外溫度感測器可拆離地附接至與該第三電池單元（C1）對稱定位的電池單元。
8. 如請求項1或7之電池組（200），其中該第一溫度感測器（T1）、該第二溫度感測器（T2）、該第三溫度感測器（T3）及該些額外溫度感測器選自由以下組成之群組：一熱敏電阻、一電阻測溫計及一熱電耦。
9. 如請求項1或7之電池組（200），其中該第一溫度感測器（T1）、該第二溫度感測器（T2）、該第三溫度感測器（T3）及該些額外溫度感測器可拆離地附接於該些電池單元（C1、C2、C3）之一縱向中心處。
10. 如請求項1之電池組（200），其包含一頂部單元固持器（20a）及一底部單元固持器（20b），該頂部單元固持器（20a）及該底部單元固持器（20b）進一步包含用於將一第一線（W1）、一第二線（W2）及一第三線（W3）分別自該第一溫度感測器（T1）、該第二溫度感測器（T2）及該第三溫度感測器（T3）佈線至該電池管理系統的複數個凹槽（22）。
11. 如請求項10之電池組（200），其中該電池管理系統包含：一電池管理板（30）；及安裝於該電池管理板（30）上之複數個插腳（40），該複數個插腳（40）經組態以容納連接至該第一線（W1）之一第一耦接器（X1）、連接至該第二線（W2）之一第二耦接器（X2）及連接至該第三線（W3）之一第三耦接器（X3）。
12. 一種用於控制包含至少一個電池組（200）之一電動車輛之操作的方法（500），該方法（500）包含以下步驟： 將該電池組（200）之複數個電池單元（10）配置（510）成一或多列（R）及一或多行（M）； 將一第一溫度感測器（T1）附接（520）至安置於一第一行（M0）中之一第一電池單元（C1），將一第二溫度感測器（T2）附接至安置於一最後一行（Mx）中之一第二電池單元（C2），及將一第三溫度感測器（T3）附接至與該第一電池單元（C1）及該第二電池單元（C2）實質上等距安置之一第三電池單元（C3）； 將一第一線（W1）、一第二線（W2）及一第三線（W3）分別自該第一溫度感測器（T1）、該第二溫度感測器（T2）及該第三溫度感測器（T3）中之每一者，經由複數個凹槽（22）佈線（530）至一電池管理系統； 將該些電池單元（C1、C2、C3）之溫度自該電池管理系統傳輸（540）至一車輛控制單元；及 根據由該車輛控制單元接收到的該些溫度判定（550a）該電池組之一最高溫度及一最低溫度； 將該電池組（200）之該最高溫度與一預定臨限值溫度比較（550b）；及 基於該最高溫度及該最低溫度由該車輛控制單元控制（550c）該電動車輛之操作。
13. 如請求項12之方法（500），其中若該電池組（200）之該最高溫度小於該預定臨限值溫度，則控制該電動車輛之操作包含改變該電動車輛之驅動模式及降低該電動車輛之速率。
14. 如請求項12之方法（500），其中若該電池組（200）之該最高溫度大於該預定臨限值溫度且設定一溫度旗標，則控制該電動車輛之操作包含關掉該電動車輛及啟動該電池組（200）之瞬時冷卻。
15. 如請求項12至14中任一項之方法（500），其中該預定臨限值溫度設定為60℃。
16. 如請求項12之方法（500），其中若該電池組（200）之該最高溫度低於該預定臨限值溫度，則控制該電動車輛之操作包含對該電池組（200）充電。

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