TWI702771B - 具有兩種不同的電池模組的儲能系統 - Google Patents

Abstract

一種儲能系統其包含一第一電池模組及一第二電池模組。第一電池模組包含：一第一外殼；多數的第一電池芯設於該第一外殼內；及多數的第一導電片，設於該些第一電池芯的兩端且用以將該些第一電池芯串聯或並聯地連接。第二電池模組包含：一第二外殼；多數的第二電池芯設於該第二外殼內；及多數的第二導電片，設於該些第二電池芯的兩端且用以將該些第二電池芯串聯或並聯地連接。而且，該些第一導電片之電流路徑之長度或寬度，相異於該些第二導電片之電流路徑之長度或寬度。

Description

具有兩種不同的電池模組的儲能系統

本發明係關於一種儲能系統，尤其關於一種具有兩種不同的電池模組的儲能系統。

圖1顯示習知伺服儲能櫃的立體圖。如圖1所示，習知伺服儲能櫃100包含一外殼110以及多個電池模組120。該些電池模組120設於外殼110內且相互地電連接。隨著系統對高功率的需求日益增加，伺服儲能櫃100的電池系統所乘載的電池模組120也日益增加，因此對電池模組120的阻抗均一性設計要求日益嚴苛。為克服前述問題，傳統利用增加功率元件來調整電池模組120的整體阻抗。

圖2顯示習知電池模組的分解圖。如圖2所示，電池模組120包含多個圓柱形電池芯121、至少一支架(cell holder)123及多數的導電片124。該些支架123界定多個電池容置空間用以放置並固定電池芯121，該些電池芯121分別在該些支架123的長方向x及寬方向z堆疊。該些導電片124分別設於電池芯121的兩端，用以使該些電池芯121並聯或串聯而形成多個電池芯陣列。該些導電片124是用焊接方式焊接於每顆電池芯121上，達到串聯及並 聯的功能。電池模組120還有包含一電路板126。電路板126可以為一BMS控制板。該至少一支架123更界定出一容置空間，用以容置電路板126。位於電池模組120兩端的最終的正極或負極的該些導電片124被螺絲125鎖附於電路板126，電路板126亦被螺絲125鎖附於支架123。電路板126上設有多個電連接器。

圖3顯示習知導電片的俯視圖。如圖3所示，為了能夠更順利地將該些導電片124電焊接於該些電池芯120上，而於導電片124的對應電池芯120的電極的位置上，形成一開槽140。開槽140將兩個電焊點142分離，使得電流能夠繞過開槽140，而走較遠的距離，藉以增加電焊點142的溫度。如此設計，能夠加強電焊的固定效果，避免導電片120移動或晃動。

圖4顯示習知伺服儲能櫃的電路示意圖。如圖4所示，伺服儲能櫃100的該些電池模組120互相地並聯連接。當該些電池模組120的整體阻抗不相同時，由於電流會向阻抗小的電池模組120流動，而造成單一電池模組120因電流過大而損壞。傳統上，電池模組120還包含有一功率元件127其能夠設於電路板126上，以調整電池模組120的整體阻抗，使得伺服儲能櫃100的該些電池模組120的整體阻抗能夠互相地匹配。

傳統利用增加功率元件127來調整電池模組120的整體阻抗，由於是單點局部發熱，亦即，僅在功率元件127發熱，因此所需之附屬散熱部件體積極大，此外無法散熱時，則常常造成功率元件127溫升過高，產生安全問題。 因此，如何調整電池模組120整體阻抗值，同時考慮散熱問題，並且不須增加功率元件127而能簡化製程及降低成本，是目前值得探討的問題。

依據本發明一實施例之目的在於，提供一種儲能系統，其兩相異電池模組的導電片的結構相異，藉以兩相異電池模組的整體阻抗互相地匹配。

依據本發明一實施例，一種儲能系統其包含一第一電池模組及一第二電池模組。第一電池模組包含：一第一外殼；多數的第一電池芯設於該第一外殼內；及多數的第一導電片，設於該些第一電池芯的兩端且用以將該些第一電池芯串聯或並聯地連接。第二電池模組包含：一第二外殼；多數的第二電池芯設於該第二外殼內；及多數的第二導電片，設於該些第二電池芯的兩端且用以將該些第二電池芯串聯或並聯地連接。而且，該些第一導電片之電流路徑之長度或寬度，相異於該些第二導電片之電流路徑之長度或寬度。

於一實施例中，每一該第一電池模組的該些第一電池芯的阻抗，不匹配於每一該第二電池模組的該些第二電池芯的阻抗，而且每一該第一電池模組的阻抗，匹配於每一該第二電池模組的阻抗。

於一實施例中，一種儲能系統其包含一第一電池模組及一第二電池模 組。第一電池模組包含：一第一外殼；多數的第一電池芯設於該第一外殼內；及多數的第一導電片，設於該些第一電池芯的兩端且用以將該些第一電池芯串聯或並聯地連接。第二電池模組包含：一第二外殼；多數的第二電池芯設於該第二外殼內；及多數的第二導電片，設於該些第二電池芯的兩端且用以將該些第二電池芯串聯或並聯地連接。而且，每一該第一導電片包含一第一開槽，每一該第二導電片包含一第二開槽，且該第二開槽的形狀相異於該第一開槽的形狀，藉以使該第二開槽與每一該第二導電片的表面的邊緣間的電流路徑的寬度或長度，相異於該第一開槽與該第一導電片的表面的邊緣間的電流路徑的寬度或長度。

於一實施例中，每一該第二電池模組的該些第二電池芯的阻抗，小於每一該第一電池模組的該些第一電池芯的阻抗，而且該第二開槽與該第二導電片的表面的邊緣間的電流路徑的寬度，小於該第一開槽與該第一導電片的表面的邊緣間的電流路徑的寬度，藉以使每一該第一電池模組的阻抗，匹配於每一該第二電池模組的阻抗。

於一實施例中，每一該第一導電片及每一該第二導電片包含多個電極端部及多個連接通道部，而且每一該連接通道部連接於兩相鄰的該些電極端部之間，而且該第一開槽位於每一該第一導電片的每一該電極端部，以及該第二開槽位於每一該第二導電片的每一該電極端部。

於一實施例中，該第二開槽包含一曲線開槽，該曲線開槽具有一開口 部。較佳的情況是，每一該第二導電片的該些電極端部的至少有兩個電極端部中的兩條該些曲線開槽的形狀的該些開口部，相互地朝向相反方向。

於一實施例中，該第二開槽更包含一條狀開槽，而且該第一開槽為另一條狀開槽。於一實施例中，該曲線開槽的形狀為一半圓狀或一C字型狀。於一實施例中，每一該第二導電片更包含多個通道開槽，且每一該通道開槽位於每一該連接通道部。

於一實施例中，每一該第二導電片的電流路徑，大於每一該第二導電片的每一該連接通道部的直線距離，而且每一該第二導電片的電流路徑，大於每一該第一導電片的電流路徑。

依據本發明一實施例，在儲能系統中，第一電池模組的該些第一導電片的電流路徑的長度或寬度，相異於第二電池模組的該些第二導電片的電流路徑的長度或寬度。於另一實施例中，第二開槽的形狀相異於第一開槽的形狀，藉以使第二開槽與第二導電片的表面的邊緣間的電流路徑的寬度或長度，相異於第一開槽與第一導電片的表面的邊緣間的電流路徑的寬度或長度。如此設計，能夠透過導電片的結構相異，使得第一電池模組與第二電池模組的整體阻抗，能夠互相地匹配，而能夠在不增加功率元件的設置，不需要增加額外的成本。於一實施例中，使得阻抗較高的該些第二導電片，平均地分佈較不會使熱集中在局部，造成局部溫度過高，而且，該些第二導電片直接接觸該些電池芯，能夠將整體的熱更透過該些電池芯進 一步地分散。

100‧‧‧伺服儲能櫃

110‧‧‧外殼

120‧‧‧電池模組

121‧‧‧電池芯

123‧‧‧支架

124‧‧‧導電片

125‧‧‧被螺絲

126‧‧‧電路板

127‧‧‧功率元件

140‧‧‧開槽

142‧‧‧電焊點

200‧‧‧儲能系統

210‧‧‧外殼

220a‧‧‧第一電池模組

220b‧‧‧第二電池模組

221‧‧‧該些電池芯

224a‧‧‧第一導電片

224b‧‧‧第二導電片

228‧‧‧外殼

241a‧‧‧開槽

241b‧‧‧開槽

243‧‧‧兩個電焊點

245‧‧‧電極端部

246‧‧‧連接通道部

411‧‧‧條狀開槽

412‧‧‧曲線開槽

461‧‧‧通道開槽

圖1顯示習知伺服儲能櫃的立體圖。

圖2顯示習知電池模組的分解圖。

圖3顯示習知導電片的俯視圖。

圖4顯示習知伺服儲能櫃的電路示意圖。

圖5顯示本發明一實施例之儲能系統的立體圖。

圖6顯示本發明一實施例之電池模組的側視圖。

圖7顯示本發明一實施例之第一導電片的俯視圖。

圖8顯示本發明一實施例之第二導電片的俯視圖。

圖5顯示本發明一實施例之儲能系統的立體圖。如圖5所示，依據本發明一實施例，儲能系統200包含一模組外殼210、一第一電池模組220a及一第二電池模組220b。於本實施例中，儲能系統200可以為一伺服儲能櫃。第一電池模組220a及第二電池模組220b設於模組外殼210內，而且相互地並聯電連接。

圖6顯示本發明一實施例之電池模組的側視圖。如圖6所示，第二電池 模組220b包含一外殼228、多個圓柱形電池芯221及多數的第二導電片224b。外殼228用以容置該些電池芯221，於一實施例中，該些電池芯221可以被一支架(未圖示)支撐而容置於外殼228內。該些第二導電片224b分別置於該些電池芯221的兩端，用以將該些電池芯221並聯成多個電池陣列，並且將該些電池陣列串聯連接，而形成第二電池模組220b。

於一實施例中，支架上形成固定用槽型，而且電池外殼228受支架槽型結構固定，生產時點焊用的導電片224a及224b(請參照圖7及8)，可放置於支架上，支架上可有定位腳穿過導電片224a及224b的定位孔供其定位，而後進行點焊製程。

第一電池模組220a的結構，相似於第二電池模組220b的結構，因此相同的元件使用相同的符號，以下說明兩者的至少一相異處。第一電池模組220a包含第一導電片224a，而且第一導電片224a的電流路徑的結構相異於第二導電片224b的電流路徑的結構。依據前述特徵，能夠調整電池模組的整體阻抗值，同時考慮散熱問題，並且不須增加功率元件而能簡化製程及降低成本。以下將更詳細說明兩者導電片的相異處。

圖7顯示本發明一實施例之第一導電片的俯視圖。如圖7所示，第一導電片224a包含多個電極端部245及多個連接通道部246。連接通道部246連接於兩相鄰電極端部245之間。每一電極端部245包含一開槽241a及兩個電焊點243。開槽241a與第一導電片224a的表面的邊緣形成至少一電流路徑，且 開槽241a位於兩個電焊點243之間並將兩個電焊點243分離，使得電焊的電流能夠繞過開槽241a，於本實施例中，開槽241a為長條狀，於一實施例中為I字型，藉以使開槽241a與第一導電片224a的表面的邊緣間的電流路徑的寬度wa能夠儘量地大，如此能夠減少阻抗，讓工作電流i容易通過。於一實施例中，最大的寬度wa大於連接通道部246的寬度W。較佳地，大部分區域的寬度wa大於連接通道部246的寬度W。

圖8顯示本發明一實施例之第二導電片的俯視圖。如圖8所示，第二導電片224b包含多個電極端部245及多個連接通道部246。連接通道部246連接於兩相鄰電極端部245之間。每一電極端部245包含一開槽241b及兩個電焊點243。開槽241b與第二導電片224b的表面的邊緣形成至少一電流路徑，且開槽241b位於兩個電焊點243之間並將兩個電焊點243分離，使得電流能夠繞過開槽241b，於本實施例中，使開槽241b與第二導電片224b的表面的邊緣間的電流路徑的寬度wb能夠較小，使得電池模組220b放電時的阻抗增加。於一實施例中，開槽241b與第二導電片224b的表面的邊緣間的電流路徑的寬度wb小於開槽241a與第一導電片224a的表面的邊緣間的電流路徑的寬度wa。於一實施例中，大部分區域的寬度wb小於連接通道部246的寬度W。較佳地，最大的寬度wb小於連接通道部246的寬度W。

電池模組的整體阻抗包含印刷電路板組裝(Printed circuit board assembly，PCBA)的阻抗、電池芯的阻抗、導電片的阻抗、電纜(cable)的阻抗及終端裝置的阻抗。由於儲能系統200需要很多的電池芯221，然而 該些電池芯221可能因不同供應商的製程不同，而有不同的阻抗，為了使儲能系統200的電池模組的每一阻抗都相同，於習知技術中，在印刷電路板組裝上增加功率元件，例如水銀元件、半導體等。但這會有成本高、需要額外的電路、發熱等的額外成本。而且，當發熱量高時，還需要額外的散熱模組除了增加成本之外，還需要額外的散熱模組的空間。

相反於此，依據本發明，藉由不同形狀之第二導電片224b使電流路徑之長度與寬度改變，以調整導電片224b阻抗值，進而達到電池模組220a及220b阻抗均一性設計。更具體而言，改變第二導電片224b的開槽241b的結構以改變阻抗。舉例而言，當第一電池模組220a的該些電池芯221的阻抗為60mΩ；該些第一導電片224a的阻抗為40mΩ；且第二電池模組220b的該些電池芯221的阻抗為40mΩ時，僅需要透過設計第二導電片224b之開槽的形狀，即可將該些第二導電片224b的阻抗提高至60mΩ，而使第一電池模組220a及第二電池模組220b的整體阻抗皆為100mΩ。如此設計，可以不增加額外的元件，能夠減少製造成本。此外，由於第一電池模組220a及第二電池模組220b的整體阻抗，皆為100mΩ，因此當儲能系統200的外部發生短路時，電流不會全部回饋至阻抗為40mΩ的該些電池芯221，而造成第二電池模組220b承受所有的電流，且因超過承受量而損壞。

此外，由於第一電池模組220a的該些第一導電片224a及第二電池模組220b的該些第二導電片224b，是均勻地設於該些電池芯221的兩端，因此發熱較為均勻，沒有局部發熱而造成局部溫度過高的問題。此外，該些導電 片224b皆直接接觸該些電池芯221，因此當該些導電片224b發熱時，也能夠散熱至電池芯221，而不會將熱集中在局部。

如上述，依據本發明一實施例，藉由不同形狀之導電片，使電流行走路徑之長度與寬度改變，以調整導片阻抗值，增加之阻抗分散到各導電片，且均分發熱源以利傳導於電池芯221或空氣而降溫，進而達到電池模組阻抗均一性設計，且降低電池模組增加阻抗時的溫度，同時提高散熱效能。調整導電片上電流行走路徑之長度與寬度之方法可有但不局限於此。

再請參照圖8。開槽241b包含一曲線開槽412。使曲線開槽412與第二導電片224b的表面的邊緣間的電流路徑的寬度wb小於開槽241a與第一導電片224a的表面的邊緣間的電流路徑的寬度wa。於一實施例中，開槽241b更包含一條狀開槽411，於一實施例中為I字型。較佳地，條狀開槽411連通於曲線開槽412的中間部。條狀開槽411位於兩個電焊點243之間並將兩個電焊點243分離，而且兩個電焊點243位於曲線開槽412與條狀開槽411所界定的區域內。

於一實施例中，曲線開槽412的形狀具有一開口部Oa，例如可以為半圓狀或為C字型狀，而且曲線開槽412與電極端部245的中心間隔一預定距離。而且，於該些電極端部245的至少有兩個電極端部245(例如區域S)中的兩條曲線開槽412的形狀的開口部Oa及Ob，分別朝向相反方向。如此設計，能夠使電流i的行走路徑之長度較長。較佳的情況是，第二導電片224b 之電流i的電流路徑大於第二導電片224b的連接通道部246的直線距離，於一實施例中，較佳地第二導電片224b之電流i的電流路徑大於第一導電片224a之電流i的電流路徑。

如上，如圖7所示，依電流密度分布，調整電流行走路徑之第一導電片224a的寬度，使高電流密度處的導電片的寬度，比低電流密度處的導電片的寬度寬，以調整第一導電片224a的阻抗值，同時避免溫升過高而超溫，達到最佳設計。此外，如圖8所示，藉由於第二導電片224b設置曲線開槽，改變電流行走於導電片路徑之長度與寬度，以調整導電片的阻抗值。

於一實施例中，該些第二導電片224a可以更包含多個通道開槽461，且每一該通道開槽461位於每一該連接通道部246，藉以減小連接通道部246的寬度W。

綜上所述，依據本發明一實施例，儲能系統200中，第一電池模組220a的該些第一導電片224a的電流路徑的結構，相異於第二電池模組220b的該些第二導電片224b的電流路徑的結構。因此，可以透過導電片的電流路徑的長度及寬度的設計，使得第一電池模組220a與第二電池模組220b的整體阻抗，能夠互相地匹配，而能夠在不增加功率元件的設置，不需要增加額外的成本。阻抗較高的該些第二導電片224b，平均地分佈較不會使熱集中在局部，造成局部溫度過高，而且，該些第二導電片224b直接接觸該些電池芯221，能夠將整體的熱更透過該些電池芯221進一步地分散。

220b‧‧‧第二電池模組

221‧‧‧該些電池芯

224b‧‧‧第二導電片

228‧‧‧外殼

241b‧‧‧開槽

411‧‧‧條狀開槽

412‧‧‧曲線開槽

Claims (11)

1. 一種儲能系統，包含：一第一電池模組，包含：一第一外殼；多數的第一電池芯設於該第一外殼內；及多數的第一導電片，設於該些第一電池芯的兩端且用以將該些第一電池芯串聯或並聯地連接；及一第二電池模組，包含：一第二外殼；多數的第二電池芯設於該第二外殼內；及多數的第二導電片，設於該些第二電池芯的兩端且用以將該些第二電池芯串聯或並聯地連接，其中，該些第一導電片之電流路徑之長度或寬度，相異於該些第二導電片之電流路徑之長度或寬度。
2. 根據請求項1所述的儲能系統，其中，每一該第一電池模組的該些第一電池芯的阻抗，不匹配於每一該第二電池模組的該些第二電池芯的阻抗，而且每一該第一電池模組的阻抗，匹配於每一該第二電池模組的阻抗。
3. 一種儲能系統，包含：一第一電池模組，包含：一第一外殼；多數的第一電池芯設於該第一外殼內；及多數的第一導電片，設於該些第一電池芯的兩端且用以將該些第一電池芯串聯或並聯地連接；及一第二電池模組，包含：一第二外殼；多數的第二電池芯設於該第二外殼內；及多數的第二導電片，設於該些第二電池芯的兩端且用以將該些第二電池芯串聯或並聯地連接，其中，每一該第一導電片包含一第一開槽，而且每一該第二導電片包含一第二開槽，且該第二開槽的形狀相異於該第一 開槽的形狀，藉以使該第二開槽與每一該第二導電片的表面的邊緣間的電流路徑的寬度或長度，相異於該第一開槽與每一該第一導電片的表面的邊緣間的電流路徑的寬度或長度。
4. 根據請求項3所述的儲能系統，其中，每一該第二電池模組的該些第二電池芯的阻抗，小於每一該第一電池模組的該些第一電池芯的阻抗，而且該第二開槽與該第二導電片的表面的邊緣間的電流路徑的寬度，小於該第一開槽與該第一導電片的表面的邊緣間的電流路徑的寬度，藉以使每一該第一電池模組的阻抗，匹配於每一該第二電池模組的阻抗。
5. 根據請求項4所述的儲能系統，其中，每一該第一導電片及每一該第二導電片包含多個電極端部及多個連接通道部，而且每一該連接通道部連接於兩相鄰的該些電極端部之間，而且該第一開槽位於每一該第一導電片的每一該電極端部，以及該第二開槽位於每一該第二導電片的每一該電極端部。
6. 根據請求項5所述的儲能系統，其中，該第二開槽包含一曲線開槽，該曲線開槽具有一開口部。
7. 根據請求項6所述的儲能系統，其中，每一該第二導電片的該些電極端部的至少有兩個電極端部中的兩條該些曲線開槽的形狀的該些開口部，相互地朝向相反方向。
8. 根據請求項7所述的儲能系統，其中，該第二開槽更包含一條狀開槽，而且 該第一開槽為另一條狀開槽。
9. 根據請求項6至8任一項所述的儲能系統，其中，該曲線開槽的形狀為一半圓狀或一C字型狀。
10. 根據請求項6至8任一項所述的儲能系統，其中，每一該第二導電片更包含多個通道開槽，且每一該通道開槽位於每一該連接通道部。
11. 根據請求項6至8任一項所述的儲能系統，其中，每一該第二導電片的電流路徑，大於每一該第二導電片的每一該連接通道部的直線距離，而且每一該第二導電片的電流路徑，大於每一該第一導電片的電流路徑。

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