电池模块的制作方法

本发明涉及一种电池模块。

背景技术：

电池模块通常由大量的电池串联或并联组合形成。然而，电池在充放电过程中，往往会产生大量的热能，如果热能不能有效的散去，电池的温度将会上升，从而改变电池的电特性。对于电池模块而言，如果各个电池之间的温差过大或是工作温度过高，则会导致电池模块的供电效能降低、整体使用寿命缩短，且可能导致自燃的风险。

因此，如何提升电池模块的散热效率且不增加过多的生产成本及散热空间，便成为一个重要的课题。

技术实现要素：

为了解决上述问题，本发明的一实施方式提供了一种便于相互卡合固定，且确保有效散热的电池模块，其包含具有相对的两端的多个电池、两壳体以及两电极片。电池的两端分别固定于壳体内，每一壳体包含多个凸块，且凸块之间具有多个第一空气流道。电极片分别配置于电池的两端与壳体之间。

于本发明的一或多个实施例中，凸块为沿着电池的两端的连线方向凸出。

于本发明的一或多个实施例中，凸块呈阵列排列，第一空气流道沿两相异方向排列。

于本发明的一或多个实施例中，凸块可为空心结构，每一凸块具有两开口，开口面对面地设置，以定义多个第二空气流道通过凸块。

于本发明的一或多个实施例中，散热模块还包含多个散热元件，分别设置于电极片与壳体之间，散热元件的一部分位于第二空气流道中。

于本发明的一或多个实施例中，每一散热元件具有散热鳍片，第二空气流道通过散热鳍片之间的间隙。

于本发明的一或多个实施例中，电极片分别具有第一连接部与第二连接部，且第一连接部不与第二连接部共平面。

于本发明的一或多个实施例中，壳体包含多个夹持部以夹持电池，电极片具有多个贯穿孔，夹持部通过贯穿孔。

于本发明的一或多个实施例中，夹持部的高度不大于电池的高度的一半。

于本发明的一或多个实施例中，电池模块还包含设置于电极片之间的散热基座，散热基座包含多个容置空间，电池分别位于容置空间中，且与散热基座接触。

于本发明的一或多个实施例中，散热基座包含至少一凸出部，凸出部凸出于电池的外缘。

承上所述，本发明的一或多个实施例中是经由电池模块在壳体上设有凸块，以形成第一空气流道，且凸块上可具有开口以形成第二空气流道的设计，通过第一空气流道与第二空气流道可以提升电极片的热交换效率，进而提升电池模块的散热效率。除此之外，电池模块可以选择性地在壳体中配置有散热元件以及散热基座壳体上设有凸块以形成第一空气流道后，确实可以大幅提升电池模块的散热效率，以进一步提升电池模块的散热效率。

附图说明

为让本发明的上述和其他目的、特征、优点与实施例能更明显易懂，说明书附图的详细说明如下：

图1与图2其分别为本发明电池模块一实施例的立体视图与爆炸图。

图3为本发明的电池模块的壳体一实施例的立体视图。

图4为本发明的电池模块的电极片一实施例的立体视图。

图5A至图5F分别为本发明的电池模块一实施例组装时不同阶段的示意图。

图6A与图6B分别为本发明的电池模块的应用一实施例的立体视图与侧视图。

图7A与图7B分别为本发明的电池模块另一实施例的拆解图与侧视图。

图8为本发明的电池模块另一实施例的拆解图。

图9A与图9B分别为图8的电池模块的一应用的上视图与剖面图。

图10为本发明的电池模块又一实施例的拆解图。

图11为图10的电池模块一应用的剖面图。

图12为本发明的电池模块再一实施例的拆解图。

图13为图12的电池模块一应用的剖面图。

其中，附图标记说明如下：

100：电池模块

200：电池

210、220：端

300、300a、300b：壳体

310：凸块

312：开口

320、320a、320b：夹持部

330：卡合部

332：卡勾

334：卡槽

336：螺丝孔

400：电极片

402：第一部分

404：第二部分

410：贯穿孔

420：第一连接部

430：第二连接部

440：导电结构

500：凹部

510：凸部

600：散热元件

610：散热鳍片

700a、700b、700c：散热基座

710：容置空间

720、720a、720b：凸出部

1000：电池阵列

2000：机箱

2002：底面

2004：侧面

2010：轨道

2012：挡板

2014：翼板

2020：散热开口

P1：第一空气流道

P2：第二空气流道

X、Y、Z：方向

具体实施方式

以下将以附图及详细说明清楚说明本发明的精神，任何所属技术领域中技术人员在了解本发明的较佳实施例后，当可由本发明所启示的技术，加以改变及修饰，其并不脱离本发明的精神与范围。

参照图1与图2，其分别为本发明电池模块一实施例的立体视图与爆炸图。电池模块100包含有多个电池200、两壳体300、以及两电极片400。电池200具有相对的两端210、220，电池200的两端210、220分别为电池200的正负极。多个电池200相互平行地排列，并且各个电池200的正极与负极均分别朝向相同的方向。举例而言，若是此些电池200的一端210皆为正极，则电池200的另一端220皆为负极。

壳体300分别位于电池200的两侧，且电池200的两端210、220分别固定在两壳体300中。壳体300的材料可为绝缘材料，以电气隔离电池200与外界环境。壳体300的材料可为热塑性塑胶，壳体300可通过射出成型的方式制造而成。位于电池200两侧的壳体300具有实质上相同的形状，亦即，两壳体300可以共用一模具制作而成。如需要辨识两壳体300，如为了便于区分电池模块100的正负极性，则两壳体300可以使用不同颜色的材料制作而成，通过颜色的不同而区隔两壳体300。

两电极片400分别位于电池200的两端210、220以及壳体300之间，且电极片400分别接触电池200的两端210、220。电极片400的材料为阻值低且高导热性的材料，如金属。电极片400可以通过冲压弯折的方式制作而成。由于电池200两端210、220的正、负极分别紧密地与电极片400接触，因此，电极片400可以作为电池200的共用电极，以汇流电池200的正负极，并且电池200的正负极可通过电极片400与外部连接。

由于电池模块100在运作时会产生大量的热量，且热量多集中在电池200的两端210、220的电极处，因此，电池模块100运作时所产生的热能亦会累积在电极片400上。若是无法实时地将热能散逸，将会使得电池模块100的工作温度越来越高，进而降低电池200的寿命。为了解决散热问题，电池模块100具有多个提升散热效率的设计。

壳体300上具有多个凸块310，凸块310为沿着电池200的两端210、220的连线方向凸出，亦即，凸块310的延伸方向为沿着电池200的长轴方向向外延伸。凸块310之间具有多个第一空气流道P1，第一空气流道P1为连续的空气流道，即每一个第一空气流道P1皆从各个壳体300的一侧边延伸至另一侧边。于部分实施例中，凸块310的形状为矩形，且凸块310呈阵列排列，因此，位在凸块310之间的第一空气流道P1亦以格子状(或称为网状)分布，即第一空气流道P1沿着两相异的方向排列，且部分的第一空气流道P1正交于另一部分的第一空气流道P1。于其他的实施例中，凸块310的形状可为菱形、圆形或是其他的形状，对应的第一空气流道P1的形状亦会随的改变，但是仍为连续的。

由于连续的第一空气流道P1设置在邻近于电极片400的位置，因此，当空气流经第一空气流道P1时，经由热交换效应可以快速地带走累积在电极片400处的热量，进而提升电池模块100的散热效率。又因为第一空气流道P1沿两相异方向延伸，因此可以有效地增加空气流经第一空气流道P1的流量。

接着请参照图3，其为本发明的电池模块的壳体一实施例的立体视图。壳体300的凸块310上可进一步设置有第二空气流道P2，以进一步加强壳体300的散热效率。举例而言，凸块310可为空心结构，凸块310的表面可设置有一或多个开口312，以让空气经由开口312进入凸块310中而与电极片400进行热交换，通过空气气流直接于电极片400上流动，可以更有效的达到散热的目的。

于部分实施例中，每一个凸块310上皆设置有两个开口312，且两开口312分别位于凸块310的相对两侧面上。开口312可面对面地设置，以定义第二空气流道P2通过凸块310。每一凸块310上的开口312可与相邻凸块310上的开口312对齐，使得相邻凸块310的第二空气流道P2亦为连续。换言之，第二空气流道P2亦从各个壳体300的一侧延伸至另外一侧。由于第二空气流道P2为连续的且贯穿凸块310，当空气流经第二空气流道P2时，空气可以直接与壳体300内的电极片400进行热交换，以进一步提升壳体300的散热效率。

于部分实施例中，壳体300的材料可为具有较佳导热系数的塑胶，例如可以选用热传导系数大于2W/m-k的导热塑胶作为壳体300的材料，让电池模块100中央区域的电池200亦可通过壳体300散热，进而降低电池200之间的温差。

壳体300包含有多个夹持部320，夹持部320设置在壳体300的内表面，以利用夹持部320将电池200固定在壳体300中。夹持部320可为柱状结构(如夹持部320a)或是弹片(如夹持部320b)，夹持部320之间相隔有预定的间距，让电池可以固定在由夹持部320所围绕出的空间内。

于部分实施例中，夹持部320的高度，即夹持部320从壳体300延伸的距离不大于电池高度的一半，使得当两壳体300相互卡合之后，两壳体300内的夹持部320不会彼此接触，因此不会出现电池之间的空隙被夹持部320堵塞致使散热效率低落的问题。换言之，电池200只在两端设有夹持部320，电池200的中心处未与夹持部320接触，且夹持部320与电池200的两端为局部接触，如此可获得更多的热对流散热面积。

各个壳体300上具有多个卡合部330，卡合部330的高度大于夹持部320的高度，各个壳体300上的卡合部330具有卡勾332以及卡槽334，进一步说，各个壳体300上的卡合部330是与相对应的各壳体300上的卡合部330形成一个卡合结构，例如图3所示，附图左方的壳体300上的其中之一个卡合部330，是具有卡勾332，而附图右方的壳体300上的所对应的卡合部330，是具有卡槽334，通过将相对应的卡勾332卡合于卡槽334，进而结合两壳体300。更清楚的说，壳体300的底面形状为矩形，每一壳体300包含有两卡勾332以及两卡槽334。于部分实施例中，两卡勾332分别设置在壳体300的两对角，而卡槽334则是设置在壳体的另两对角。于其他的实施例中，两卡勾332可以设置在壳体300的长边或短边，而两卡槽334则是设置在另一长边或是另一短边。卡合部330可更设置有多个螺丝孔336，当两壳体300通过卡合结构相互卡合之后，可再将螺丝锁固于螺丝孔336，以锁合两壳体300。

参照图4，其为本发明的电池模块的电极片一实施例的立体视图。电极片400上具有多个贯穿孔410，贯穿孔410可以通过冲压金属板材的方式制作而成，贯穿孔410可穿过图3中的夹持部320。于部分实施例中，贯穿孔410的形状与夹持部320的形状相互匹配，使得贯穿孔410的内缘与夹持部320接触，以借以定位电极片400于壳体300内。

电极片400包含有第一部分402以及自第一部分402弯折的两第二部分404，第一部分402实质上垂直于电池200的长轴方向。第一部分402的面积大于第二部分404的面积，贯穿孔410位于第一部分402上。于部分实施例中，第一部分402与第二部分404实质上相互垂直。电极片400具有第一连接部420以及第二连接部430，第一连接部420与第二连接部430分别位于第一部分402以及第二部分404。第一连接部420与第二连接部430的作用在于让电极片400与外界接触，因此，将第一连接部420与第二连接部430分别配置在不同平面，如配置在相互垂直的第一部分402与第二部分404上，将有助于提升电池模块配线的灵活性。

接着参照图5A至图5F，其分别为本发明的电池模块一实施例组装时不同阶段的示意图。图5A为提供壳体300a，并将电池200放置于壳体300a中电池200可被壳体300a上的夹持部320(见图3)夹持而定位，换言之，电池200被容置在夹持部320之间的空间内，且电池200与夹持部320接触而定位。

在组装电池200的过程中，电池200可直接定位在壳体300a之中，而不需使用额外的治具固定电池200。除此之外，塑胶材料的壳体300a可以直接作为绝缘材并保护其中的电池200。

接着，图5B为使用点焊制程，电极片400固定在电池200的一侧，使得电池200同一端的电极皆与电极片400接触，让电极片400作为电池200的共用正极或是共用负极。

当电极片400固定在电池200上之后，再将多个导电结构440设置在电极片400的第一连接部420与第二连接部430上。于部分实施例中，导电结构440可为螺帽，并以点焊的方式分别固定在第一连接部420与第二连接部430上。

于图5C中，另一壳体300b被安装于电池200的另一端上。两壳体300a、300b上的卡合结构为相互对应地设置，举例而言，成对的卡勾332与卡槽334会分别设置在两壳体300a、300b相对应的位置上。

而后，翻转壳体300a、300b，并移除上方的壳体300a，如图5D所示，以安装另一电极片400于电池200的另一端。电极片400同样可使用点焊制程固定在电池200的另一侧，使得电池200该端的电极皆与电极片400接触，让电极片400作为电池200的共用负极或是共用正极。

当电极片400固定在电池200上之后，再将多个导电结构440设置在电极片400的第一连接部420与第二连接部430上。于部分实施例中，导电结构440可为螺帽，并以点焊的方式分别固定在第一连接部420与第二连接部430上。

而后，如图5E所示，将壳体300a盖回电池200的另一端。如前所述，由于夹持部320(参照图3)皆与电池200局部接触，即夹持部320不是完整地包覆电池200的侧表面，如此一来可避免电极片400被夹持部320所分割，进而维持电极片400的连续性。

在安装壳体300a、300b时，通过将卡勾332卡合于卡槽334，便可将两壳体300a、300b结合固定。而后，再将螺丝340锁附于壳体300上的螺丝孔336中，以锁合两壳体300a、300b，如图5F所示。电池模块100中，与电极片400连接的导电结构440为外露于壳体300a、300b，以便于电池模块100与外部电路进行连接。位于第一连接部420(见图4)的导电结构440与位于第二连接部430(见图4)的导电结构440分别位在壳体300a、300b的相异表面上，如分别位在壳体300a、300b的顶面与侧面，因此，每一电极片400(见图4)将可从两个方向(即顶面与侧面)进行电性连接，有效提升电池模块100连接的灵活性。

参照图6A与图6B，其分别为本发明的电池模块的应用一实施例的立体视图与侧视图。多个电池模块100可进一步以串联或是并联的方式连接以组成电池阵列1000。如前所述，由于每个电池模块100中的两壳体300可分别使用不同颜色的塑胶材料制作而成，因此，在连接电池模块100时，可以轻易地分辨电池模块100的正负极性，而便于进行串联或是并联。

为了便于拼接电池模块100成为电池阵列1000，电池模块100的壳体300上具有多个凹部500与凸部510(可同时参照图5F)，凹部500与凸部510分布于壳体300的侧面。凹部500与凸部510大致上呈长条状，且凹部500与凸部510的长轴方向平行于电池200的长轴方向。分别通过相邻两电池模块100的凹部500与凸部510之间的相互卡合，可以定位相邻的两电池模块100。举例而言，本实施例中的电池模块100是横向放置在机箱2000之中，相邻两电池模块100在其长轴方向(即图中的X方向)上的凹部500与凸部510为相互匹配的，通过卡合面对面的凹部500以及凸部510，便可以让电池模块100沿着X方向串接。于其他的实施例中，电池模块100可以直放在机箱2000之中，或者，电池模块100可以沿着Z方向串接，在此便不再赘述。

于部分实施例中，机箱2000更选择性地设置有轨道2010，用以导引电池模块100进入机箱2000并且用以定位电池模块100。举例而言，轨道2010亦平行于X轴的方向排列，且轨道2010之间的距离等于或是略大于电池模块100的高度(平行于电池200的长轴方向)。电池模块100可以滑动地进入机箱2000之中，并定位于轨道2010之间。

轨道2010可包含挡板2012以及自挡板2012向外延伸的翼板2014，其中挡板2012为直立于机箱2000的底面2002，翼板2014则是平行于机箱2000的底面2002。挡板2012的高度，即挡板2012与底面2002之间的距离大致上等同于凸块310的宽度，使得翼板2014位于第一空气流道P1中。如此一来，挡板2012便可用以在Y方向定位电池模块100，而翼板2014则可在Z方向定位电池模块100。

机箱2000上可以进一步设置有多个散热开口2020，散热开口2020为分布在机箱2000的底面2002与侧面2004上，以让空气可以从散热开口2020进入机箱2000内部与电池模块100进行热交换。于部分实施例中，散热开口2020的走向平行于部分的第一空气流道P1的走向，且至少部分的散热开口2020会位在相邻的凸块310之间，使得空气从散热开口2020进入机箱2000之后，可以通过第一空气流道P1，而对电池模块100进行散热。

从上述实施例可以得知，电池模块可以利用凸块之间的第一空气流道增加电池模块的散热效率。电池模块的壳体可以在组装的时候直接作为定位电池的治具，进而节省组装的工序以及设备的成本。除此之外，由于电极片可以从电池模块的顶面与侧面与外部电路连接，因此也提升了电池模块应用的灵活性。于以下实施例中，将针对如何进一步提升电池模块的散热效率的特征进行描述，与前述实施例相同的地方将不再赘述。

参照图7A与图7B，其分别为本发明的电池模块另一实施例的拆解图与侧视图。于本实施例中，电池模块100还包含有多个散热元件600，散热元件600设置在电极片400以及壳体300之间。散热元件600可以通过导热胶或是焊锡固定在电极片400上，并与电极片400实体接触，以将电极片400累积的热量经由散热元件600散逸。

于部分实施例中，散热元件600位于电极片400的贯穿孔410的两侧，使贯穿孔410外露于散热元件600之间，以使壳体300上的夹持部可以通过散热元件600之间而穿过贯穿孔410。散热元件600包含有多个散热鳍片610，以增加散热元件600与空气热交换的面积。散热元件600的材料为具有高导热性的金属，如铜或铝。当电池模块100组装完成之后，散热元件600可以部分外露于凸块310上的开口312，以让空气经由开口312进入壳体300内与散热元件600进行热交换。

于部分实施例中，散热元件600的设置是配合壳体300上的凸块310设置，即散热元件600的长轴方向平行于凸块310的长轴方向，且散热元件600上的散热鳍片610为成群地分布在空心的凸块310中。散热鳍片610的排列方向实质上平行于开口312的连线方向，使得散热鳍片610之间的间隙亦平行于第二空气流道P2的走向，使得第二空气流道P2通过散热鳍片610之间的间隙。

通过设置散热元件600接触电极片400，可以将电极片400所累积的热量经由散热元件600散逸，且由于壳体300中的第二空气流道P2会通过散热鳍片610之间的间隙，因此可以大幅增加散热元件600的热交换效率，进而提升电池模块100的散热效率。

参照图8，其为本发明的电池模块另一实施例的拆解图。于本实施例中，电池模块100还包含有散热基座700a，散热基座700a设置于壳体300之间，且电池200定位于散热基座700a中。散热基座700a的材料可为高导热性的金属，并通过模具设计使散热基座700a具有匹配于电池200的形状的多个容置空间710。在组装电池模块100时，散热基座700a可以放置在下方的壳体300中，如位在夹持部上，而后电池200可以直接放置在散热基座700a的容置空间710中，并使电池200与散热基座700a大面积地接触，借以增加电池模块100的散热效率，并可减少电池200之间的温差。散热基座700a的高度小于电池200的高度，并位于壳体300的夹持部之间，因此，散热基座700a不会与电极片400接触，可避免短路的问题发生。除此之外，在将电池200与电极片400连接的点焊过程中，散热基座700a可以直接做为电池200的定位治具，省略了制程步骤以及降低成本。

参照图9A与图9B，其分别为图8的电池模块的一应用的上视图与剖面图。多个电池模块100可进一步串联或是并联地排列于机箱2000中而成为电池阵列1000，电池模块100排列的细节已经说明于图6A与图6B中，故不再赘述。电池模块100排列之后，散热基座700a大致上位于壳体300内，且相邻的电池模块100中的散热基座700a不会彼此接触。

参照图10与图11，其中图10为本发明的电池模块又一实施例的拆解图，图11为图10的电池模块一应用的剖面图。于本实施例中，电池模块100包含有散热基座700b，散热基座700b与散热基座700a的差别在于，散热基座700b还包含有两凸出部720位于散热基座700b的两端，其中凸出部720会凸出于电池200的外缘。凸出部720位于电池模块100的短边上，使得当多个电池模块100连接在一起形成电池阵列1000时，如图11所示，相邻的电池模块100中的散热基座700b可以通过凸出部720相互接触。于部分实施例中，最两侧的凸出部720可与机箱2000的侧面2004接触，让机箱2000也作为电池阵列1000的散热路径之一，而可以进一步提升电池阵列1000的散热效率。

参照图12与图13，其中图12为本发明的电池模块再一实施例的拆解图，图13为图12的电池模块一应用的剖面图。于本实施例中，电池模块100包含有散热基座700c，散热基座700c与散热基座700a的差别在于，散热基座700c包含有多个凸出部720a、720b位于散热基座700c的侧面，其中凸出部720a、720b会凸出于电池200的外缘。凸出部720a位于电池模块100的短边上，凸出部720b位于电池模块100的长边上，使得当多个电池模块100连接在一起形成电池阵列1000时，如图13所示，相邻的电池模块100中的散热基座700c可以通过凸出部720a相互接触。于部分实施例中，最两侧的凸出部720a可与机箱2000的侧面2004接触，而凸出部720b则是与机箱2000的底面2002接触，让机箱2000也作为电池阵列1000的散热路径之一，而可以进一步提升电池阵列1000的散热效率。

参照下表，其为本发明的电池模块所组成的电池阵列的比较例与不同实施例的模拟实验数据。

比较例以及实验例一至实验例六皆为三乘八的电池阵列，实验例一与实验例二中的电池模块为如图1所示的电池模块，其中实验例一中的电池模块为直放，而实验例二中的电池模块为横放；实验例三中的电池模块为如图7A所示的电池模块，且电池模块为横放；实验例四中的电池模块为如图8中所示的电池模块，且电池模块为横放；实验例五中的电池模块为如图10中所示的电池模块，且电池模块为横放；实验例六中的电池模块为如图12中所示的电池模块，且电池模块为横放。比较例则是近似于图1中的电池模块，但是壳体上不具有凸块，且电池模块为横放。最高温度(Tmax)为在模拟过程中电池模块的最高温度，而最大温差(ΔT)则是模拟过程中电池之间的最大温差。

从上表可以得知，将电池模块横放的散热效果优于将电池模块直立的散热效果，且在壳体上设有凸块以形成第一空气流道后，确实可以提升电池模块的散热效率。而在电池模块中加入散热元件及/或散热基座后，除了可以降低电池模块的最高工作温度之外，更可以降低电池之间的温差。

虽然本发明已以实施例公开如上，然其并非用以限定本发明，任何本领域技术人员，在不脱离本发明的精神和范围内，当可作各种的变动与润饰，因此本发明的保护范围当视后附的权利要求书所界定的范围为准。