电池模块的制作方法

1.本实用新型有关一种电池模块，尤指一种具电压与温度感测功能的电池模块。


背景技术：

2.传统上锂离子电池(例如，锂钴电池、锂锰电池、锂三元电池、锂铁电池或锂钛氧电池等)由于能源转换效率高、使用寿命长、稳定性高等优势，逐渐被广泛地应用于各式电子产品中，而为了轻量化避免在使用时锂离子电池内部产生压力异常的问题，厂商大多会采用具有延展性的软质袋体来作为锂离子电池的外包装，即电池包(battery pack)，并且能够依照不同电力的需求与其它电池包串联或并联，从而构成单一电池模块作为电子装置的电源。
3.由于电池的安全性系基于对于电压以及温度的监测，传统上采用制式的电池模块且搭配外接监测盒的方式进行电压以及温度的相关监测。然而，以外接盒的配置方式不仅仅在使用时增添不便(例如，占用额外空间、意外丢失等)，且电池模块与外接监测盒之间会存在有为数众多的传输线(例如，依据电池模块内电池包数量而决定)，容易在搬运或配置期间因为弯折或碰撞而发生问题(例如，断线、弯折导致大电阻等)，进而衍生电池模块的使用安全问题。
4.为此，如何实用新型出一种整合感测功能的电池模块，乃为本案发明人所研究的重要课题。


技术实现要素：

5.本实用新型的目的在于提供一种电池模块，于内部整合感测功能，可避免电池模块外接为数众多的传输线，不额外占用多余空间，且确保针对电池模块的电压及温度的监测可以正常运行，达到提升电池模块的使用安全的目的。
6.为了达到前述目的，本实用新型所提出的电池模块包含：本体、多个电池单元及感测单元。多个电池单元设置于本体内。感测单元设置于本体内，并与该等电池单元电性连接，感测单元包含成对设置的多个焊垫，且更包含第一排插座、第二排插座以及多个温度传感器。该等焊垫与该等电池单元的多个电极彼此焊接。第一排插座与该等焊垫电性连接，且传输该等电压信号。第二排插座传输该等温度信号。各温度传感器跨设于其中一焊垫与第一排插座之间的电路径上，并感测各电池单元的温度信号。感测单元固设于该等电池单元之上，并感测各电池单元的电压信号及温度信号。
7.在某些实施例中，电池模块更包含输出单元，输出单元设置于本体内，且与感测单元可插拔地电性连接，输出单元将多个电压信号及多个温度信号输出至电池模块之外。
8.在某些实施例中，本体包含槽体与上盖，该等电池单元容置于槽体中，且感测单元以及输出单元被夹设于该等电池单元与上盖之间。
9.在某些实施例中，本体更包含框体，框体夹设于槽体与上盖之间，且与感测单元的接地端电性连接。
10.在某些实施例中，输出单元包含彼此呈垂直配置的第一排针以及第二排针；第一排针可导电地插设于第一排插座，且接收该等电压信号；第二排针可导电地插设于第二排插座，且接收该等温度信号。
11.在某些实施例中，感测单元更包含多个限流元件，各限流元件分别与其中一焊垫及第一排插座电性连接。
12.在某些实施例中，输出单元包含第一传输端口及第二传输端口，第一传输端口将该等电压信号输出至电池模块之外，第二传输端口将该等温度信号输出至电池模块之外。
13.综上所述，本实用新型的电池模块系采用感测单元配置于本体内的架构，即省去了传统电压与温度监测所采用的额外占用空间的外接监测盒，且免除了连接于电池模块与外接盒之间多余的传输线。在对各电池单元进行电压及温度监测的同时，使用者不必担心在搬运或配置电池模块期间意外丢失感测单元，且不会因为弯折或碰撞传输线而发生例如断线或弯折导致大电阻等问题。
14.为此，本实用新型电池模块使用期间可确保针对电池模块的电压及温度的监测能够正常运行，达到提升电池模块的使用安全的目的。
15.以下结合附图和具体实施例对本实用新型进行详细描述，但不作为对本实用新型的限定。
附图说明
16.图1为本实用新型电池模块的第一实施例的系统架构图；
17.图2及图3为本实用新型电池模块的第二实施例的拆解示意图；
18.图4为本实用新型电池模块的感测单元的结构示意图；以及
19.图5为本实用新型电池模块的剖视示意图。
20.其中，附图标记：
21.1、2:电池模块
22.10:本体
23.20:电池单元
24.21:电压信号
25.22:温度信号
26.23:电极
27.30:感测单元
28.31:接地端
29.32:焊垫
30.33:第一排插座
31.34:第二排插座
32.35:温度传感器
33.36:限流元件
34.37:c型缺口
35.38:通孔
36.40:输出单元
37.41:第一传输端口
38.42:第二传输端口
39.43:控制单元
40.44:电源端口
41.45:第一排针
42.46:第二排针
43.100:肋条
44.121:通信端口
45.122:电力输出口
46.200:锁孔
47.300:电极柱
48.301:电路径
具体实施方式
49.下面结合附图对本实用新型的结构原理和工作原理作具体的描述：
50.图1为本实用新型电池模块的第一实施例的系统架构图。
51.如图1所示，本实用新型所提出的电池模块1包含：本体10、多个电池单元20及感测单元30。
52.本体10系用以容置多个电池单元20及感测单元30，在某些实施例中，本体10应由耐热、耐酸、耐震、绝缘性佳并且有特定机械强度的材料制成，可包含橡胶、塑料、钢材或铝材等。所述橡胶可包含硫化橡胶(例如，硫磺含量在重量百分比25％以上)，然其非限制性。所述塑料可包含丙烯腈-丁二烯-苯乙烯共聚物(acrylonitrile butadiene styrene,abs)、聚丙烯(polypropylene,pp)、san树脂(styrene acrylonitrile resin,又可称之为as聚脂)、聚氯乙烯(polyvinyl chloride,pvc)、尿素甲醛树脂(urea formaldehyde,uf)、三聚氰胺甲醛树脂(melamine formaldehyde,mf)等高强度高密度塑料，然其非限制性。
53.多个电池单元20设置于本体10内。所述电池单元20在狭义上的定义是将本身所储存的化学能转换成电能的一种装置，一般可粗略分类为一次性电池、可充电电池及燃料电池等。一次性电池(primarybattery)俗称用完即弃的电池，因为其电量耗尽后无法再进行充电且继续使用，只能丢弃。常见的一次性电池包含碳锌电池、硷锰电池、锌电池、锌空电池、锌汞电池、水银电池、氢氧电池和镁锰电池等，然其非限制性。可充电电池又称二次电池(secondary battery)或二级电池、蓄电池，其优点是在充电后可多次循环使用，常见的类型包含铅酸电池、镍镉电池(nicd)、镍氢电池(nimh)、锂离子电池(li-ion)等，然其非限制性。燃料电池是一种将燃料的化学能透过电化学反应直接转化成电能的装置，与一般电化电池不同的是反应物不储存在电池内。一般的燃料电池是利用氢气在阳极进行氧化反应，将氢气氧化成氢离子，而氧气在阴极进行还原反应，与由阳极传来的氢离子结合生成水，即氧化还原的反应过程中就可以产生电流。常见的类型包含碱性燃料电池(afc)、磷酸燃料电池(pafc)、质子交换膜燃料电池(pemfc)、熔融碳酸盐燃料电池(mcfc)、固态氧化物燃料电池(sofc)，以及直接甲醇燃料电池(dmfc)等，然其非限制性。
54.感测单元30设置于本体10内，并与等电池单元20电性连接。在某些实施例中，感测
单元30固设于该等电池单元20之上，并感测各电池单元20的电压信号21及温度信号22。在某些实施例中，感测单元30可包含用以感测温度信号22的热电偶(thermocouple,tc)、二极管(led)、热敏电阻(thermally sensitive resistance)、电阻温度检测器(resistance temperature detector,rtd)和ic温度传感器、声学温度传感器、红外传感器以及微波传感器等，然其非限制性。
55.在某些实施例中，进一步而言，二极管可包含发光二极管，且发光二极管可包含可见光范畴的红光发光二极管(例如：铝砷化镓(algaas)、砷化镓磷化物(gaasp)、磷化铟镓铝(algainp)、磷化镓掺杂氧化锌(gap:zno))、橙光发光二极管(例如：砷化镓磷化物(gaasp)、磷化铟镓铝(algainp)、磷化镓掺杂x(gap:x))、黄光发光二极管(例如：砷化镓磷化物(gaasp)、磷化铟镓铝(algainp)、磷化镓掺杂氮(gap:n))、绿光发光二极管(例如：铟氮化镓(ingan)、氮化镓(gan)、磷化镓(gap)、磷化铟镓铝(algainp)、铝磷化镓(lgap))、蓝光发光二极管(例如：硒化锌(znse)、铟氮化镓(ingan)、碳化硅(sic))、紫光发光二极管(例如：铟氮化镓(ingan))，以及可包含不可见光范畴的红外光发光二极管(例如：砷化镓(gaas)、铝砷化镓(algaas))或紫外光二极管(例如：钻石(diamond)、氮化铝(aln)、铝镓氮化物(algan)、氮化铝镓铟(algainn))等，且发光二极管的形式亦可包括有机发光二极管(organic light-emitting diode,oled)，然其非限制性。
56.为此，本实用新型的电池模块1系采用感测单元30配置于本体10内的架构，即省去了传统电压与温度监测所采用的额外占用空间的外接监测盒，且免除了连接于电池模块1与外接盒之间多余的传输线。在对各电池单元20进行电压及温度监测的同时，使用者不必担心在搬运或配置电池模块1期间意外丢失感测单元30，且不会因为弯折或碰撞传输线而发生例如断线或弯折导致大电阻等问题。
57.图2及图3为本实用新型电池模块的第二实施例的拆解示意图。图4为本实用新型电池模块的感测单元的结构示意图。图5为本实用新型电池模块的剖视示意图。
58.如图2至图4所示，本实用新型所提出第二实施例的电池模块2与前述第一实施例的电池模块1大致相同，惟本体10包含槽体11、上盖12及框体13，且电池模块2更包含输出单元40。
59.在某些实施例中，槽体11表面包含凸起的多个肋条100，用以加强槽体11的机构强度，然其非限制性。
60.在某些实施例中，该等电池单元20容置于槽体11中，且感测单元30以及输出单元40被夹设于该等电池单元20与上盖12之间。框体13夹设于槽体11与上盖12之间，且与感测单元30的接地端31电性连接。所述槽体11、上盖12及框体13的制作材料可包含橡胶、塑料、钢材或铝材等。所述橡胶可包含硫化橡胶(例如，硫磺含量在重量百分比25％以上)，然其非限制性。所述塑料可包含丙烯腈-丁二烯-苯乙烯共聚物(acrylonitrile butadiene styrene,abs)、聚丙烯(polypropylene,pp)、san树脂(styrene acrylonitrile resin,又可称之为as聚脂)、聚氯乙烯(polyvinyl chloride,pvc)、尿素甲醛树脂(urea formaldehyde,uf)、三聚氰胺甲醛树脂(melamine formaldehyde,mf)等高强度高密度塑料，然其非限制性。
61.在某些实施例中，进一步而言，上盖12包含通信端口121以及电力输出口122。通信端口121与感测单元30电性连接，且用以输出各电池单元20的电压信号21及温度信号22，然
其非限制性。电力输出口122用以将多个电池单元20的电力输出(例如，串联或并联多个电池单元20的电极柱300)，然其非限制性。
62.在某些实施例中，槽体11、上盖12及框体13之间可借由多个锁孔200进行锁固，以增强电池模块2的整体稳定性与机械强度(例如，导电性、绝缘性、耐候、抗震等)，然其非限制性。
63.在某些实施例中，输出单元40设置于本体10内，且与感测单元30可插拔地电性连接，输出单元40将多个电压信号21及多个温度信号22输出至电池模块2之外。
64.在某些实施例中，进一步而言，输出单元40可借由有线协议耦接外部设备(例如，指令单元、云端服务器、移动通信装置等)，其硬件连接可以是借由usb端口、micro usb端口、rj45端口或串列(serial)端口而达成。前述有线协议可包括控制器区域网络(controller area network,可简称为can或can bus)、车上诊断系统(on-board diagnostics,obd，亦可称之为车载自动诊断系统)以及区域网际网络(local interconnect network,可简称为lin或lin bus)的至少一者。其中所述车上诊断系统的实体线路可称之为k-line，然其非限制性。
65.在某些实施例中，进一步而言，输出单元40可借由无线协议耦接外部设备(例如，指令单元、云端服务器、移动通信装置等)，其硬件连接可以是借由无线收发天线以及接收芯片而达成。前述无线协议蓝牙(bluetooth)、无线射频(radio frequency,rf)、近场通信(near field communication,nfc)、红外线(infrared,ir)、wi-fi、lora或zigbee等无线协议，然其非限制性。
66.在某些实施例中，进一步而言，所述移动通信装置可以是任何能与外界网络连接的电子装置，例如：智能型手机、个人数字助理(personal digital assistant,pda)、平板计算机(pad)、笔记型计算机(nb)等，然其非限制性。
67.在某些实施例中，进一步而言，输出单元40包含第一传输端口41、第二传输端口42、控制单元43及电源端口44。第一传输端口41将该等电压信号21输出至电池模块2之外。第二传输端口42将该等温度信号22输出至电池模块2之外，然其非限制性。控制单元43用以执行前述有线协议或无线协议。电源端口44用以自多个电池20接收电力并传输至控制单元43，以供控制单元43正常运作的电力，然其非限制性。
68.在某些实施例中，进一步而言，第一传输端口41及第二传输端口42系可选择地借由上盖12的通信端口121电性连接至电池模块2之外，且可兼容于包含usb端口、micro usb端口、rj45端口或串列(serial)端口等硬件，然其非限制性。
69.在某些实施例中，控制单元43可包括微控制器(mcu)、微处理器(mpu)、中央处理器(cpu)、特殊应用集成电路(application specific integrated circuit,asic)或系统单晶片(system on a chip,soc)的其中一者。并且，所述控制单元43亦可为基于linux作业系统架构的单晶片计算机，所述单晶片计算机可以是树莓派(raspberry pi)，且其型号可以是1a型、1a 型、1b型、1b 型、2b型、3b型、3b 型、3a 型或4b型等。前述内容仅示例性说明，然其非限制性。
70.请一并参阅图2至图5，在某些实施例中，感测单元30更包含成对设置的多个焊垫32，以及彼此呈垂直配置的第一排插座33以及第二排插座34。且输出单元40更包含彼此呈垂直配置的第一排针45以及第二排针46。
71.在某些实施例中，进一步而言，且该等焊垫32与该等电池单元20的多个电极23(例如，极耳)彼此焊接。在某些实施例中，进一步而言，感测单元30系fr-4基板制成的印刷电路板(printed circuit board,pcb)。fr-4基板包括玻璃纤维、环氧树脂以及bt树脂的至少一者。所述bt树脂为以双马来酰亚胺(bismaleimide,bmi)和三嗪为主树脂成份，并加入环氧树脂(epoxy resins)、聚苯醚树脂(polyphenylene ether,ppe)或烯丙基化合物等作为改性组分所形成的热固性树脂。所述印制电路板(pcb)最典型的基板材料有两种，即覆铜箔层压板(flexible copper clad laminate,fccl)和涂树脂铜箔(resin coated copper,rcc)，目前所述fccl的应用最广。而所述rcc是另一种类型的多层板制作材料，为生产积层板的重要基材。而树脂质量的优劣，很大程度上决定着印制层压板的可靠性。现今的pcb基材大底由铜箔层(copper foil)、补强材(reinforcement)、树脂(epoxy)等三种主要成份所构成，自从无铅(lead free)制程开始后，第四项粉料(fillers)才被大量加进pcb的板材中，用以提高pcb的耐热或抗燃能力。前述内容仅示例性说明，然其非限制性。
72.在某些实施例中，进一步而言，该等焊垫32与多个电极23彼此焊接的其中一种生产模式，是提前先进行表面黏着技术(surface mount technology,smt)制程的前端作业，利用机器对整片pcb进行自动化刷锡，可让锡膏量的分布的稳定性较好。但因pcb透过smt生产作业时，会在融锡过程中造成挥发物(例如松香或助焊剂等)的喷溅问题而造成许多异常状况(例如，助焊剂造成基板表面发生氧化现象等)，以致于后续的制程如固晶打线很可能会遇到金属焊线无法焊上pcb，进而导致金球推力过低或是假焊、滑球等技术问题，然其非限制性。
73.为此，该等焊垫32与多个电极23彼此焊接的其中另一种生产模式，是将多个电极23放于生产末端站别进行smt作业，如此一来，可望避免如上述于融锡过程中造成挥发物的喷溅问题而衍生的其他技术问题，然其非限制性。
74.在某些实施例中，进一步而言，第一排插座33与等焊垫32电性连接，且传输该等电压信号21，第一排针45可导电地插设于第一排插座33，且接收该等电压信号21，然其非限制性。第二排插座34传输该等温度信号22，第二排针46可导电地插设于第二排插座34，且接收该等温度信号22，然其非限制性。
75.进一步而言，由于输出单元40与感测单元30系可插拔地电性连接，当输出单元40发生异常时，可以方便使用者进行更换，具节省成本及方便维护的裨益。
76.如图4所示，在某些实施例中，进一步而言，感测单元30更包含多个温度传感器35及多个限流元件36。各温度传感器35跨设于其中一焊垫32与第一排插座33之间的电路径301上，并借此感测各电池单元20的温度信号22。各限流元件36分别与其中一焊垫32及第一排插座33电性连接。
77.在某些实施例中，温度传感器35可包含热电偶(thermocouple,tc)、二极管(led)、热敏电阻(thermally sensitive resistance)、电阻温度检测器(resistance temperature detector,rtd)和ic温度传感器、声学温度传感器、红外传感器以及微波传感器等，然其非限制性。
78.在某些实施例中，限流元件36借此限制由焊垫32输入的电流大小，以防止第一排插座33或输出单元40受到高电流而烧毁，实务上可采用保险丝(fuse)或电阻以实现其功能，然其非限制性
79.在某些实施例中，进一步而言，感测单元30可更包含c型缺口37、通孔38及多个锁孔200。所述c型缺口37及通孔38系用以穿设电极柱300，且感测单元30可借由多个锁孔200锁固于框体13，以增强电池模块2的整体稳定性与机械强度(例如，导电性、绝缘性、耐候、抗震等)，然其非限制性。
80.在未图示的某些实施例中，电池模块2可更包含扬声器，所述扬声器可包括电动式扬声器、电磁式扬声器、压电式扬声器(piezoelectric speakers)、电极式扬声器或等离子体扬声器(plasma arc speakers)等，用以于电池单元20、感测单元30或输出单元40出现异常现象时发出声音，然其非限制性。
81.为此，本实用新型的电池模块2系可借由输出单元40，对感测单元30所获得的各电池单元20的电压信号21及温度信号22进行有线或无线传输至电池模块2之外。在本案图示的实施例中，感测单元30可借由第一传输端口41及第二传输端口42与上盖12的通信端口121的电性连接，将各电池单元20的电压信号21及温度信号22以有线传输方式至电池模块2之外，可以免除了传统上直接由各电池单元20拉线到电池模块2之外的状况，且由于输出单元40与感测单元30系可插拔地电性连接，当输出单元40发生异常时，可以方便使用者进行更换，具节省成本及方便维护的裨益。
82.综上所述，本实用新型的电池模块系采用感测单元配置于本体内的架构，即省去了传统电压与温度监测所采用的额外占用空间的外接监测盒，且免除了连接于电池模块与外接盒之间多余的传输线。在对各电池单元进行电压及温度监测的同时，使用者不必担心在搬运或配置电池模块期间意外丢失感测单元，且不会因为弯折或碰撞传输线而发生例如断线或弯折导致大电阻等问题。
83.在某些实施例中，电池模块系可借由输出单元，对感测单元所获得的各电池单元的电压信号及温度信号进行有线或无线传输至电池模块之外。在本案图示的实施例中，感测单元可借由第一传输端口及第二传输端口与上盖的通信端口的电性连接，将各电池单元的电压信号及温度信号以有线传输方式至电池模块之外，可以免除了传统上直接由各电池单元拉线到电池模块之外的状况，且由于输出单元与感测单元系可插拔地电性连接，当输出单元发生异常时，可以方便使用者进行更换，具节省成本及方便维护的裨益。
84.为此，本实用新型电池模块使用期间可确保针对电池模块的电压及温度的监测能够正常运行，达到提升电池模块的使用安全的目的。
85.当然，本实用新型还可有其它多种实施例，在不背离本实用新型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实用新型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实用新型所附的权利要求的保护范围。