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用于电动车辆的阻燃防爆电池组及其制造方法与流程

1.本发明的技术思想，利用自然法则的热传导性、空气隔绝性、燃点高、黏度低、电气绝缘性佳的流体及重力等物理性质，应用于防止电动车辆电池组燃烧或爆炸的制造方法。首先，本发明将具备上列物理性质的流体名为“阻燃油”应用之。其次，在电池组的组装方法亦有相辅相成的创新设计。
2.将前项阻燃油注满电动车辆电力来源的电池砖组件容器及电池组容器中，使每一颗单电池均浸渍在导热、绝缘及能与气体隔绝的阻燃油中，使电池组内的单电池，若因不特定原因致发生串联、并联电池短路或单电池内部极板短路之时，能将短路瞬间极板熔融的显热熵(entropy)加以传导、快速分散，并由整个电池组的比热容量(specific heat capacity)吸收并释放至外界，以降低瞬间熔融高温。避免电池组或单电池极板短路熔融热演变成明火燃烧，最终恶化成连锁燃烧及至爆炸。本发明根据自然法则的多项物理特性发想，发明出“阻燃油”及电池组的创新组装方法，应用于电动车辆电池组的制造，改善电动车辆电池组易燃烧或爆炸的重大缺陷，提升电动车辆乘驾安全性，即是本发明的技术领域。

背景技术：

3.目前电动车辆基于电力能量密度需求，大部分均采用潜藏着燃烧、爆炸风险的二次锂离子化学电池做为动力来源，既有燃烧、爆炸风险，当然不是电动车辆动力来源的上选。为此，电动车辆制造厂商基于降低燃烧、爆炸的可能性，多往电池材料安全性能改善方向努力，期能降低电动车辆燃烧或爆炸的风险，但进展有限，因为较安全的电池材料能量密度通常不高，车辆行驶里程不足，难符市场实际需求。
4.然，除上述二次锂离子化学电池做为动力来源会产生燃烧或爆炸的缺失外，请参考图1所示的常见电动车辆的电池组配置的电路图，常见电动车辆中电池组p3的连接方式为多个单电池p1的正极与负极直接串联成为多个电池串p2(图1中以6个电池串p2为实施例呈现之)，再以所述多个电池串p2并联构成该电池组p3。当该电池组p3摊平置放于该电动车辆的有限空间的底盘时，电池串p2中每个单电池p1需以最短的路径电连接，换言之，相邻的单电池p1需以正负电极直接串联的方式配置，例如：若第一单电池的姿态以正极朝上，相邻于第一单电池的第二颗单电池的姿态必须正极朝下方能以最短的距离串联连结，而相邻于第二颗单电池的第三颗单电池的姿态又必须正极朝上才能以最短的距离串联连结，依此类推。由于串联的单电池p1与第二颗单电池p1甚至第三颗单电池p1之间必有电压差，互相串联的单电池，其间隔越远电压差越大，在单电池p1反复以正极朝上或正极朝下的串联连结配置下，电池串p2中姿态为正极朝下的单电池p1可能因为封罐缺陷导致可燃性电解液从电池罐的正极帽向外渗漏，而渗漏的电解液具备电传导性，将使第一颗单电池p1与相串接的第二颗单电池p1以外的邻近或距离更远的单电池p1出现短路现象，而该短路现象将使单电池p1产生瞬间大电流放电，亦即短路的电压差越大，其所产生的短路电流能量越大，最终导致所述多个短路所连结的每个单电池p1中的极板熔融，衍生成燃烧或爆炸的风险。综上所述，背景技术中电池组的单电池p1反复正极朝上或正极朝下的姿态串联连结配置，无法杜
绝单电池p1漏液造成短路的缺失，亦为本发明欲解决课题之一。
5.此外，搜寻全球性专利检索系统，无本发明电池组的阻燃防爆技术先例可寻，足证“电动车辆电池组的阻燃防爆方法”技术，确属“制造方法专利所制成的物在该制造方法申请专利前，为现有技术未见者”的利用自然法则技术思想的发明。本发明的技术于本案申请前，在全球专利检索系统内，似无背景技术可分析。
6.惟查，利用自然法则的热传导性、空气阻绝性、电气绝缘性良好、自燃点高、黏度低的矿油物理性质的应用，目前已知的有电力系统交流高压变压器感应线圈的绝缘散热等应用。上述应用低黏度矿油的技术领域，局限于电力系统领域。本发明则将低黏度矿油的诸项物理性质，应用在二次化学电池组的阻燃、防爆领域，归类为创新技术发想的新领域。因此，将低黏度矿物油的物理性质应用在电动车电池组的阻燃、防爆的制造方法，本发明当然是电池领域或电动车辆领域的创新者。
7.本发明对矿物油的应用，属横跨电动车辆制造及电池组制造领域的创新应用，可排除申请前已见于刊物、申请前已公开实施，或申请前已为公众所知悉的疑虑。也并非本领域技术人员根据背景技术，在不付出创造性劳动的情况下能轻易想到的。众所皆知，本领域技术人员不在少数，但所述多个人士目睹竖立于道路旁电线杆上的电力交流高压变压器，并未有所创见或发想出本发明制造方法。搜寻全球专利检索系统，查无相关数据足堪左证，且未听闻电动车辆技术领域或电池技术领域有背景技术之说。

技术实现要素：

8.电池的种类大致分为化学电池、物理电池、生物电池及燃料电池等，能量密度各不相同，其中化学电池的能量密度最高且无须一再补充燃料。基于电动车辆所需的电力能量极大，因此可重复充
–
放电的锂离子二次化学电池，遂成为电动车辆动力来源最佳选择，因其单位重量或体积能量密度较大。但锂离子二次电池先天存在燃烧及爆炸风险，电动车辆使用其为动力来源，虽知有风险，但尚无较佳选项，故目前只能加强风险控管，例如增厚电池组的金属外壳、装置散热导管等等来应对。此外，采用电能动力取代内燃机动力的优点，主要在减少移动温室气体排放量，温室气体减量，以避免极端气候恶化，其为全球的共识。
9.本发明提出一种用于电动车辆的阻燃防爆电池组，包括：至少一电池砖，由多个单电池构成，所述多个单电池电连接以界定一正极焊接片与一负极焊接片；一电池砖正极导线与一电池砖负极导线，分别电连接该正极焊接片与该负极焊接片；以及一电池砖盖与一电池砖容器，界定一第一收容空间，该第一收容空间足以容纳所述多个电连接的单电池；其中，该第一收容空间注满一阻燃油，并使所述多个电连接的单电池浸泡于该阻燃油中，且使该电池砖正极导线与该电池砖负极导线外露于该第一收容空间，以构成一电池砖组件。
10.本发明又提出一种用于电动车辆的阻燃防爆电池组，包括：多个电池砖组件经外部串接而成。而每一电池组，包括：多个电池砖组件，每一电池砖组件，包括：一电池砖，由多个单电池电并联构成，所述多个单电池电连接一电池砖正极导线与一电池砖负极导线；以及一电池砖盖与一电池砖容器，界定一第一收容空间，而所述多个单电池皆以正极朝上组装置入该第一收容空间，并使该电池砖正极导线与该电池砖负极导线外露于该第一收容空间；以及，一电池组盖与一电池组容器，界定一第二收容空间，并使所述多个电池砖组件以正极朝上组装置入该第二收容空间，且电串接以界定一电池组正极导线与一电池组负极导
线，且使该电池组正极导线与该电池组负极导线外露于该第二收容空间。
11.本发明再提出一种用于电动车辆的阻燃防爆电池组的制造方法，包含下列步骤：将多个单电池电连接以构成一电池砖，该电池砖具有一正极焊接片与一负极焊接片；分别电连接一电池砖正极导线与一电池砖负极导线至该正极焊接片与该负极焊接片；将该电池砖置入由一电池砖盖与一电池砖容器所界定的一第一收容空间；注入一阻燃油至该第一收容空间，使所述多个电并联单电池浸泡于该阻燃油中；以及使该电池砖正极导线与该电池砖负极导线外露于该第一收容空间，盖合该电池砖盖与该电池砖容器，以构成一电池砖组件。
12.此外，本发明制造方法更包括下列步骤：电连接多个电池砖组件以界定一电池组正极导线与一电池组负极导线，并将所述多个电池砖组件置入由一电池组盖与一电池组容器所界定一第二收容空间；注入该阻燃油至该第二收容空间，使所述多个电池砖组件浸泡于该阻燃油中；以及，使该电池组正极导线与该电池组负极导线外露于该第二收容空间，盖合该电池组盖与该电池组容器，以构成一阻燃防爆电池组。
13.为了支持上述本发明阻燃防爆电池组及其制造方法，本实施例电动车辆的电力来源，基于能量密度考虑采用数千颗二次锂离子化学单颗电池(简称单电池)组成。首先将多颗单电池以并联方式组装，使之成为数百瓦小时(wh)的电池砖(简称电池砖)组件；其次，将该并联的电池砖正极朝上，密封于注满阻燃油的耐冲击pc(聚碳酸酯/polycarbonate,简称pc)塑料容器，牵引出正、负极导电线和保险丝，即电池砖组件(简称电池砖组件)。再将多个电池砖组件，以导电线“串接”成为千瓦小时(kwh)等级的电池组(简称电池组)。最后，再由多个电池组为架构，经有保险丝的导电线“串接”成数拾千瓦小时(kwh)的电池组，即可供电动车辆使用。
14.将前项电池组安装固定于电动车辆的金属底盘上，即成电动车辆所需的电力源。本发明将全部单电池皆采“并联”以建构出大容量的电池砖组件。而本发明提高电压(能量)的方法，则是将浸渍在阻燃油中，且置入耐冲击pc塑料容器的电池砖组件，经由装有保险丝的外部导电线“串接”提高电压制成电池组，然后该电池组再经有保险丝的外部导电线“串接”多个以提高电压(能量)，建构出本发明数千颗单电池皆正极朝上且任意两颗单电池之间的电压差为零的数拾千瓦小时(kwh)规格的分舱隔离电池组，此电池组具备高电压、高电流的直流电输出能量。
15.本发明技术特之一，即该“串接”后电压高、电流大的电池组，为“分舱并联”、“外部串接”的架构，单电池的正极全部朝上竖立，且附有保险丝可断开电路的安全防护机制。若因交通事故挤压致毁损电池组任何一部分，其短路的分压仅是遭毁损部位4.2伏特(volt)单电池电压，以及所释放的瞬间能量仅是遭毁损部位电池的化学能总和。本发明外部“串接”电池技术，提供等同“串联电池”升高电压的效果，可避免传统“串联电池”短路时无法断开回路所造成的燃烧、爆炸风险。
16.本发明电池砖组件以“串接”方式组成正极朝上的电池组，除达到提升电池电压的“串联”效果外，更是可杜绝电池渗漏电解液的一新颖设计，其在于避免单电池金属罐封装时，若电池罐绝缘圈封装有瑕疵致密封不良，将导致可燃性电解液渗漏。纵封装不良，正极朝上竖立的电池组亦无电解液渗漏短路的风险。简言之，若让电池平躺或正极朝下状态，可燃性电解液的位能在重力作用下，若密封有瑕疵，必将由瑕疵处渗漏。锂离子二次电池的电
解液既为可燃性，渗漏后，若传统正负电极直接串联，串联电池之间必有电压差，将因电解液的导通出现短路放电现象，短路导致的极板熔融能量，有衍生成明火燃烧或爆炸的风险。本发明将电池姿态正极全部朝上竖立保持位能，可完全免除可燃性电解液因重力作用渗漏的可能性，能防免瑕疵电池电解液因重力作用渗漏造成电动车辆电池组短路的技术思想，符合创造性及实用性的发明专利要点。
17.能量守恒众所皆知，本发明技术思想之一，在正极全部朝上的电池砖组件及电池组容器内注满阻燃油；使每一单电池皆浸渍在阻燃油中，快速充电时，可实时将超出电池化学反应多余的能量(废热)借由阻燃油的比热容及热传导性迅速传递并释放至外界，由整个电池组比热容量(specific heat capacity)吸收。查表得知，空气的比热容量为1,030j/kg；阻燃油的比热容量为2,200j/kg；两者相差达一倍，且空气为热的不良导体，空气纵然也有比热容，却因其性质为热的不良导体，以致存在于电池组中的空气的比热容无法吸纳电池故障瞬间产生的热量，而阻燃油则为热的导体，能充分利用比热容的热量吸纳能力吸收瞬间产生的热量。本发明将局部瞬间高热传导分散，并由电池组的比热容量吸收，分散热量是能量守恒现象。
18.本发明阻燃油的灌注量约230公升(liter)且与电池紧密接触。因此，快速充电时，可将超出化学反应所需的显热熵(entropy)，借由比热容量及导热性均比空气佳的阻燃油比热容量(specific heat capacity)吸收传递，本实施例所填充的阻燃油约230公升(liter)，重量约184公斤(kg)，能吸收的热量高达404,800焦耳(joule)的比热容量(specific heat capacity)，可常态性实施1c-rate以上的快速充电，不致因快速充电致使电极板经常处于热胀冷缩状态，导致电极板快速老化蓬松。本发明实现缩短电动车充电时间，紧急快充10分钟，行驶200公里将可预期，增加电动车的便利性。
附图说明
19.图1为常见电池组配置电路图。
20.图2为本发明阻燃防爆电池组配置电路图。
21.图3为构成本发明阻燃防爆电池组的单电池解剖示意图。
22.图4为本发明阻燃防爆电池组的电池砖示意图。
23.图5为本发明电池砖的焊接组装示意图。
24.图6为本发明阻燃防爆的电池砖组件示意图。
25.图7为本发明阻燃防爆电池组示意图。
26.附图标记
27.1.单电池
28.11.正极电池帽
29.12.绝缘垫圈
30.13.负极电池罐
31.14.正极电极板
32.15.绝缘片
33.16.负极电极板
34.2.电池砖
35.21.电池排
36.22.正极焊接片
37.23.负极焊接片
38.3.电池砖组件
39.31.pc电池砖盖
40.32.pc电池砖容器
41.33.电池砖正极导线
42.34.电池砖负极导线
43.35.电池砖保险丝
44.4.电池组
45.41.pc电池组盖
46.42.pc电池组容器
47.43.电池组正极导线
48.44.电池组负极导线
49.45.电池组保险丝
50.ncn.负极导电片回路
51.p1.单电池
52.p2.电池串
53.p3.电池组
54.pcn.正极导电片回路
55.c.导电片
56.wp.点焊焊接点
具体实施方式
57.本发明技术领域所举的实施例，是一种具备热传导性、空气隔绝性、燃点高、黏度低、电气绝缘性佳的阻燃油；在单电池极板短路时，能隔绝电池极板内锂化合物与空气中的氧分子(o2)接触，避免明火燃烧，并将极板熔融产生的高温传递至周遭，能将短路单电池极板熔融的显热熵(entropy)迅速传递，由周遭电池及阻燃油本身的比热容量吸收来降温，以避免引发连锁的燃烧、爆炸结果。本发明阻燃油并不局限于本实施例所列举的矿物油提炼物，举凡以人工合成，或具备与本实施例有相同物理性质的流体，皆包含在本发明发明技术思想的范畴。
58.本实施例用于说明的阻燃油，可参考通常使用在电力配送系统浸渍高压变压器交流感应线圈，使之散热及隔绝空气中水气的绝缘油。本发明将高压变压器绝缘油的物理性质，跨领域应用于电动车辆电池组的阻燃、防爆领域的制造方法，是一种利用自然法则技术思想的创新应用与制造方法，满足“发明，指对产品、方法或者其改进所提出的新的技术方案”的专利法立法意旨。
59.高压变压器绝缘油的电气绝缘强度高，击穿电压值通常高达40kv以上；当单电池外部绝缘材质劣化时可提供额外的绝缘效果。又因阻燃油具备比热容量大、黏度低的物理性质，因此，当电池组出现短路或单电池正负极板发生短路造成电池极板熔融时，可用来传
递极板烧融的瞬间高热能量，该高热能量被分散并由整个电池组吸收，达到降温及阻燃的安全效果，此时，阻燃油的热传导性成为导热介质(不含对流效应)，可将极板短路故障单电池瞬间产生的显热熵(entropy)，迅速传递至周遭常温区域，由邻近电池及阻燃油的比热容量吸收降温，避免单电池熔融瞬间高温导致连锁燃烧的剧烈反应，彻底解决电池短路或极板烧融所导致的燃烧或爆炸。
60.因此，阻燃油注满于电池组中，其作用是充当电池极板意外短路造成核心烧熔高温外传的介质。阻燃油指的是从矿物源提炼，特别是石油分馏物中提取的一种无无臭高级烷烃。通常闪点265℃以上，燃点300℃以上，其密度大约为0.8g/cm3。本发明实施例所举例的阻燃油大致为三大类；第一类为石蜡油，主要为n
–
烷烃。第二类为环烷烃油，主要为环烷烃。第三类为芳香烃油，主要为芳香烃。或由上述成分调配、重组或添加兼容性成分。使具备本发明技术思想，能隔绝空气、传导热能、阻断燃烧的物理性质者，均视同本发明电池组的阻燃、防爆介质阻燃油。
61.本发明一种电动车辆动力电源的安全电池组的制造方法，此方法所制成的电池组具备阻燃、防爆的安全特性。本实施方式由可充
–
放电数百次的单颗锂离子的圆筒形电池(18650锂电池)图3为基础，做为本实施方式说明案例其中之一例，但不局限于锂离子圆筒形单电池(18650锂电池)方能实施。举凡类推本发明技术思想或方法，应用热传导性、电气绝缘性、空气隔绝性、重力效应及比热容等自然物理性质为基础，采用他种可充-放电的二次化学电池、填充阻燃油；将全部单电池采“分舱并联”隔离，正极朝上竖立，再由附有熔断机制保险丝的导电线“外部串接”取代传统正负电极直接“串联”，制造出具有阻燃、防爆功能的电动车辆用电池组者，皆为本发明申请发明专利范围所包含。
62.请参考图2所示的阻燃防爆电池组(4)配置的电路图。详细而言，前述“分舱并联”架构，指以多个单电池(1)并联连接构成具有大电流的电池砖组件(3)，其中每个单电池(1)皆以正极朝上配置于电池砖组件(3)中，较佳的并联实施态样为，所述多个单电池(1)的正极焊接于一正极导电片来进行并联；此外，前述“外部串接”架构，指各电池砖组件(3)之间且位于电池砖组件(3)的外部，以一外部导电线串接，以致使多个电池砖组件(3)串接构成一高电压的电池组(4)，其中所述多个电池砖组件(3)之间的该外部导电线，更配置有电池砖保险丝(35)，其在任一电池砖组件(3)短路下，断开所述多个电池砖组件(3)之间的线路。本发明的“分舱并联”与“外部串接”架构，构成具备高电压、大电流的直流电输出的电池组(4)，该电池组(4)中的每一个单电池(1)以正极朝上，相对于传统正负电极直接“串联”，本发明在高功率输出的情况下，更能避免可燃性电解液渗漏导致短路的风险。
63.在说明实施方式前，先简介本发明将全部单电池正极朝上竖立的技术创新的必要。正极朝上竖立，可杜绝单电池工艺若出现绝缘垫圈(12)(图3)有瑕疵，而避免电解液渗漏短路风险。因为单电池若平放或正极朝下姿态，可燃性电解液将因重力效应而自瑕疵处渗漏，该电池组将因渗漏电解液而短路，基于电解液属可燃性质，导致有燃烧或爆炸风险，除此之外，本发明亦提供单电池的“正极朝上”设置的其他实施态样，例如：单电池以相对于朝上的方向以一角度倾斜设置的实施态样、亦或者因撞击而造成单电池倾斜的实施态样，上述实施态样的可燃性电解液借由重力效应收容于单电池内部中，而不会由朝上正极的瑕疵处渗漏至外部，进而减少燃烧或爆炸风险。在另一种实施态样中，单电池可以倾斜45度来设置。本发明将单电池全部以并联组装，其在于提高电池组容量；为使电压的提高，本发明
则采用外部“串接”方式而非传统正负电极直接“串联”方式实施，避免电池组故障时无法断开短路电流。上述优点在于，并联的各单电池间电位相同，且任意两相邻接单电池间的电位差为零，没有短路风险。本发明制造方法增大了电池的可用容量，却能有效避免电池组短路电压差瞬间放电的风险。为了达成提高电池电压，本发明以外部“串接”取代一般“串联”法提高电池组电压，其优点在于短路时，有保险丝可断开外部“串接”电池组间回路，阻断电池组燃烧或爆炸的风险；传统正负电极直接“串联”法并无断开机制。
64.以下说明本发明阻燃防爆电池组的单电池(1)构成细节，请参考图3所示构成本发明的单电池(1)解剖示意图，二次锂离子单电池(1)由一片带正电的正极电极板(14)，以及一片带负电的负极电极板(16)，以及两者中间隔着一片不导电，却能让阴离子穿梭以填补正极放电所形成电洞的绝缘片(15)(简称绝缘片)所构成。把上述正极电极板(14)置于内侧、绝缘片(15)放中间、负极电极板(16)在外侧，卷绕，装入一圆筒形金属负极电池罐(13)，罐中注入适量油溶性电解液，再将正极电极板(14)的导电片外引至正极电池帽(11)点焊，并以绝缘垫圈(12)(简称绝缘圈)将正极电池帽(11)与充当电池负极的金属罐体(13)进行电性隔离，即成单电池(1)〔图3〕。单电池(1)于封装后，具备阻断空气的气密性，正极材料主要由碳酸锂及镍、钴、锰等前驱材料构成。二次锂离子单电池正
–
负极间的电压差，充满电时为4.2v；放电下限电压则不能低于3.0v，否则无法再次充电；标称电压为3.7v；本实施例锂离子单电池18650规格，目前最佳标称容量为3,400mah。本实施例计算电池组能量的计算式(volt*mah/1,000＝wh)以充满电4.2volt为计算基础。
65.二次锂离子电池因为锂元素强烈的亲氧性，甚至能与水的氧原子剧烈氧化反应，因此电解液只能采用不含氧的六氟磷酸锂(lipf6)油溶性可燃液体，无法采用不燃的水溶性电解液。若正极与负极间发生短路烧熔时，高温将破坏金属罐体上端的绝缘圈的密封性，若渗入空气，必造成锂化合物与渗入的空气中的氧分子产生剧烈氧化反应，导致明火燃烧，甚至爆炸。此时，油溶性电解液扮演助燃剂的角，此为油溶性电解液锂离子电池易燃的关键因素及缺点。但因二次锂离子电池的能量密度远高于水溶性电解液的他类化学二次电池，纵有燃烧、爆炸的潜在风险，电动车辆仍得在风险与实用之间进行困难的选择。根据民航客机的规定，乘客若携带包含锂离子电池在内的电子产品，须乘客随身携带登机，不接受以托运行李方式运送，该规定考虑锂离子电池在货舱中的风险无法控管的因素。
66.二次锂离子单电池极板纵短路熔融，若未与空气中的氧分子接触，只会有极板熔融现象，仅在电池金属罐内累积高温，不会有明火或爆炸，此时本发明阻燃油的热传导性发挥作用，迅速将单电池核心瞬间熔融高温外传分散，由本发明的阻燃油及其他单电池的比热容量吸收及降温，不致造成短路单电池燃烧、爆炸或波及相邻接单电池的连锁燃烧反应。锂的熔点为180℃；阻燃油(环烷基矿物油)的燃点则300℃以上。电池极板熔融温度若及时经由阻燃油将热传导、吸收、并释放至外界，且与空气中的氧分子确实隔离阻绝，即可避免短路演变成明火燃烧，能防止扩大演变成爆炸的严重结果。本发明阻燃油所应用的物理法则为热传导效应，公式如下：
67.公式：(计算单位时间内通过单位面积的热通量)。
68.其中：代表热通量密度，单位w
·
m-2
。
69.k代表材料的热导率，单位w
·
m-1
·
k-1
。
70.▽
t代表温度梯度，单位k
·
m-1
。
71.本发明阻燃油属液态性质，液体的热传导方式另有热对流效应。因并联单电池两两间紧密邻接，灌注在电池砖组件或电池组的阻燃油仅占21％空间，且被各个单电池分隔，仅由缝隙相通。由于电池极板短路的显热熵(entropy)迅速即被阻燃油的比热容量(specific heat capacity)吸收并传递，不待缓慢的对流效应作用，已将熔融高热以梯度方式传递由邻接的常温单电池二次吸收，因此，热对流效应于本实施例几可忽略。
72.首先，如图4所示，本发明以20个单电池(1)正极朝上竖立，并联成一片电池排(21)，再将4片电池排(21)并联，组成一个具有一正极焊接片(22)与一负极焊接片(23)的电池砖(2)，该电池砖(2)即成为一个电位相同，电压仅4.2vdc的大容量低电压组件。
73.接着说明电池砖(2)的焊接组装细节，由于电池砖(2)以矩阵方式排列并联，则正极焊接片(22)与负极焊接片(23)在电池砖(2)的点焊焊接点位置会影响每个单电池(1)的充放电路径，而并联电路的回路若长短不等距，会造成长回路与短回路的阻抗不均等，必然造成个别单电池于充放电时产生化学反应程度(效率)的差距，若电池砖(2)的每个单电池(1)的充放电路径不一致，经过电池砖(2)长时间且多次的充放电的累积效应后，将使部分单电池(1)因焊接回路相对短而加速老化，因为老化的单电池(1)过度充放电会导致标称容量衰竭或无法继续充电与放电。为解决此一问题，本发明电池砖(2)的焊接组装如图5所示。
74.请参考图5的本发明电池砖(2)的焊接组装示意图。电池砖(2)以矩阵方式排列并联，其中图5中省略大部分的单电池(1)以方便理解。以单电池的正极方向为例，每个单电池(1)以正极电池帽(11)做为点焊焊接点(wp)(welding point)，其借由焊接一导电片(c)(conducting strip)于相邻的另一正极电池帽(11)，使每个单电池(1)之间以最短路径连接，而配置于所述多个单电池(1)正极的所述多个导电片(c)整体上形成一正极导电片回路(pcn)(positive-electrode conducting-strip network)，相同地，配置于所述多个单电池(1)负极的所述多个导电片(c)整体上形成一负极导电片回路(ncn)(negative-electrode conducting-strip network)。在本发明的较佳实施态样中，在位于电池砖(2)中对角位置的两个单电池(1)其中之一，配置一正极焊接片(22)焊接于一单电池(1)的正极处、以及位于对角的另一单电池的负极，配置一负极焊接片(23)焊接于该另一单电池(1)的负极处，形成电池砖(2)的一正极与一负极导电线的引出点。而在本发明的另一实施态样中，该正极导电片回路(pcn)与该负极导电片回路(ncn)可分别以一正极导电板与一负极导电板来取代，使所述多个单电池(1)能更稳固地配置于两导电板之间，其中正极焊接片(22)与负极焊接片(23)相同于前述实施态样，分别配置于电池砖(2)中对角位置的两个单电池(1)的正极或负极。
75.其次，如图6所示，取该电池砖(2)置入耐冲击pc电池砖容器(32)中，包含保险丝(35)的电池砖正极导线(33)焊接正极焊接片(22)，并牵引出pc电池砖容器(32)外，另电池砖负极导线(34)焊接负极焊接片(23)，并牵引出pc电池砖容器(32)外；注满阻燃油于该耐冲击pc电池砖容器(32)中，以耐冲击pc电池砖盖(31)密封之，即成为电压4.2vdc容量1.14kwh的电池砖组件(3)备用。如图7所示，将前项电池砖组件(3)以4个单元为一组，皆正极朝上，组装“串接”成一个电池组(4)，该电池组的输出电压因采用“串接”方式而达到16.8vdc容量4.56kwh。本发明的“外部串接”组装技术，使电池组(4)内的单电池能够全部正极朝上竖立，防免电解液渗漏风险。将4个电池砖组件(3)的电池砖正极导线(33)及电池砖
负极导线(34)，前后一一串接，成为电池组(4)；因串接线路设有一保险丝(35)，短路时，该保险丝可断开串接的电池砖组件(3)。又因为每一个电池砖组件(3)内的单电池，皆采正极向上竖立并联方式组装，纵遭交通意外挤压，甚至耐冲击pc塑料电池砖容器(32)与耐冲击pc电池砖盖(31)均遭破坏，顶多产生多个单电池极板短路4.2v的瞬间显热熵(entropy)，不会有电池连锁短路的现象发生，有别于通常“串联电池”欠缺保险丝可断开的16.8vdc的短路电流能量。又因电池砖组件(3)内部注满阻燃油，可隔绝空气的氧与单电池极板的锂元素接触，且能传导电池熔融瞬间高热使之吸收并释放至外界，可防免注满阻燃油的电池组(4)燃烧或爆炸。
76.最后，则将前述16.8vdc容量4.56kwh的电池组(4)以20个为单位，皆正极朝上，安装在电动车辆坚固底盘的金属框架内，以电池组正极导线(43)及电池组负极导线(44)串接成一组包含电池组保险丝(45)在内，足够本实施例电动车行驶数百公里的电池组(group)。此电池组的电压为336vdc容量91.4kwh。因电动车辆底盘框架的20个电池组(4)，各自密封于耐冲击pc塑料电池组容器(42)及同材质pc电池组盖(41)内，并浸渍在阻燃油中，且每个电池组(4)均是由单电池并联而成的电池砖组件(3)所建构，更全部正极朝上竖立组装，纵遭意外挤压损坏，仅会造成单电池(1)极板4.2v的熔融温度(锂的熔点为180度c)的垒加。在正常使用条件下，电动车辆意外燃烧、爆炸风险，即能由本发明的阻燃油及“分舱并联”、“外部串接”且单电池正极朝上竖立的新颖设计而克服，有效提升电动车辆使用安全性。
77.本发明的一大特点，即能杜绝电动车用电池组内的任何一颗单电池，因极板短路熔融衍生成明火燃烧及至爆炸。本发明无须改变电动车用电池组内原本的安全保护组件，仅须在目前电动车用电池组添加具热传导性、电气绝缘性、空气隔绝性、燃点高、粘度低的阻燃油，使每一单电池的正极朝上且周遭浸渍阻燃油，即能提供电动车用电池组的阻燃及防爆安全功能，大大增加电动车辆乘驾人的安全性。
78.本发明阻燃油由环烷基矿物油提炼或合成而得，成本低廉，本发明应用环烷基矿物油原本具备的物理性质，提升电动车辆的安全性能，当然是一件具创造性及实用性的发明，更是一种应用自然法则技术思想的新颖制造方法，符合“不属于现有技术”的发明专利构成要点。
79.按电动车辆电池组的燃烧及爆炸现象，电池经并联、串联等加工组合之后，增高电压，加大电流能量，才会在特定条件下造成短路燃烧或爆炸，例如电池漏液导通电流造成的短路或交通意外撞击挤压等。串联越多颗单电池，电压越高，并联越多颗单电池，瓦小时能量越大。本实施例电压336vdc，充满电时能量为91.4kwh；该能量为一般家庭数日(如一个月)的用电需求量。
80.本实施例由6,400颗单电池，经并联及“串接”成电池砖组件图6，再由电池砖组件“串接”成电池组图7，最后再由20个电池组“串接”成为“电池组”所构成。此电池组于充满电时的电压为336vdc，有效能量为91.4kwh。采“分舱并联”、“外部串接”及“正极朝上”方式组装，使电池组内的所有单电池均为“并联”架构，再以“外部串接”方式，达到等同“串联”提高电压的效果。本发明提高电压，因采分舱隔离且增加保险丝熔断机制，可避开电池正负电极直接串联的风险，使本发明电池组内的6,400颗单电池，全部处于等同“并联”的零电位差状态，若短路，电池组任何一个故障部分的分电压为4.2v，预先防免意外时，出现串联
电池的高电压差短路能量，导致瞬间释放巨大电流的燃烧风险，此造就本发明电池组具备阻燃、防爆的性能。
81.以上实施方式；呈现从一颗单电池开始，利用热传导性、空气隔绝性、电气绝缘性以及重力效应等自然法则，经一个步骤、一个步骤组装实施，即可建构出由高达6,400颗正极朝上单电池所组成的电动车辆电池组，具备阻然、防爆的安全性能。本发明创新电动车辆电池组的设计概念，确实是兼具创造性、新颖性以及实用性。

技术特征：

1.一种用于电动车辆的阻燃防爆电池组，其特征在于，包括：至少一电池砖，由多个单电池构成，所述多个单电池电连接以界定一正极焊接片与一负极焊接片；一电池砖正极导线与一电池砖负极导线，分别电连接该正极焊接片与该负极焊接片；以及一电池砖盖与一电池砖容器，由该电池砖盖与该电池砖容器所界定的收容空间足以容纳所述多个电连接的单电池；其中，由该电池砖盖与该电池砖容器所界定的收容空间注满一阻燃油，并使所述多个电连接的单电池浸泡于该阻燃油中，且使该电池砖正极导线与该电池砖负极导线外露于由该电池砖盖与该电池砖容器所界定的收容空间，以构成一电池砖组件；其中该阻燃油由石蜡基矿物油、环烷烃油、芳香烃油至少其中的一个所构成、或者该阻燃油具有热传导性、空气隔绝性、电气绝缘性且燃点在300℃以上及/或闪点在265℃以上。2.如权利要求1所述的阻燃防爆电池组，其特征在于，进一步包含：一电池组盖与一电池组容器，由该电池组盖与该电池组容器所界定的收容空间足以容纳至少二个电池砖组件，且所述多个电池砖组件电连接以界定一电池组正极导线与一电池组负极导线，且使该电池组正极导线与该电池组负极导线外露于由该电池组盖与该电池组容器所界定的收容空间。3.如权利要求2所述的阻燃防爆电池组，其特征在于，由该电池组盖与该电池组容器所界定的收容空间注满该阻燃油，使所述多个电池砖组件浸泡于该阻燃油中。4.如权利要求2所述的阻燃防爆电池组，其特征在于，进一步包括至少一电池砖保险丝，配置在两个电池砖组件电连接之间。5.如权利要求2所述的阻燃防爆电池组，其特征在于，进一步包括一电池组保险丝，配置在外露于由该电池组盖与该电池组容器所界定的收容空间的该电池组正极导线与该电池组负极导线其中之一。6.如权利要求1所述的阻燃防爆电池组，其特征在于，进一步包括一电池砖保险丝，配置在外露于由该电池砖盖与该电池砖容器所界定的收容空间的该电池砖正极导线与该电池砖负极导线其中之一。7.如权利要求1所述的阻燃防爆电池组，其特征在于，所述多个单电池电并联以界定该正极焊接片与该负极焊接片，且所述多个单电池皆以正极朝上置入由该电池砖盖与该电池砖容器所界定的收容空间，利用重力效应而避免电解液渗漏。8.如权利要求1所述的阻燃防爆电池组，其特征在于，所述多个电池砖容器与所述多个电池砖盖由聚碳酸酯构成。9.一种用于电动车辆的阻燃防爆电池组，其特征在于，包括：多个电池砖组件，每一电池砖组件，包括：一电池砖，由多个单电池电并联构成，所述多个单电池电连接一电池砖正极导线与一电池砖负极导线；以及一电池砖盖与一电池砖容器，而所述多个单电池皆以正极朝上组装置入由该电池砖盖与该电池砖容器所界定的收容空间，并使该电池砖正极导线与该电池砖负极导线外露于由该电池砖盖与该电池砖容器所界定的收容空间；以及一电池组盖与一电池组容器，使所述多个电池砖组件以正极朝上组装置入由该电池组盖与该电池组容器所界定的收容空间，且电串接以界定一电池组正极导线与一电池组负极导线，且使该电池组正极导线与该电池组负极导线外露于由该电池组盖与该电池组容器所
界定的收容空间。10.如权利要求9所述的阻燃防爆电池组，其特征在于，由该电池砖盖与该电池砖容器所界定的收容空间或由该电池组盖与该电池组容器所界定的收容空间注满一阻燃油。11.如权利要求10所述的阻燃防爆电池组，其特征在于，该阻燃油由石蜡基矿物油、环烷烃油、芳香烃油至少其中的一个所构成。12.如权利要求10所述的阻燃防爆电池组，其特征在于，该阻燃油具有热传导性、空气隔绝性、电气绝缘性且燃点在300℃以上及/或闪点在265℃以上。13.一种用于电动车辆的阻燃防爆电池组的制造方法，其特征在于，包含下列步骤：将多个单电池电连接以构成一电池砖，该电池砖具有一正极焊接片与一负极焊接片；分别电连接一电池砖正极导线与一电池砖负极导线至该正极焊接片与该负极焊接片；将该电池砖置入由一电池砖盖与一电池砖容器所界定的收容空间；注入一阻燃油至由该电池砖盖与该电池砖容器所界定的收容空间，使所述多个电连接的单电池浸泡于该阻燃油中；以及使该电池砖正极导线与该电池砖负极导线外露于由该电池砖盖与该电池砖容器所界定的收容空间，盖合该电池砖盖与该电池砖容器，以构成一电池砖组件；其中该阻燃油由石蜡基矿物油、环烷烃油、芳香烃油至少其中的一个所构成、或者该阻燃油具有热传导性、空气隔绝性、电气绝缘性且燃点在300℃以上及/或闪点在265℃以上。14.如权利要求13所述的制造方法，其特征在于，更包括下列步骤：电连接多个电池砖组件以界定一电池组正极导线与一电池组负极导线，并将所述多个电池砖组件置入由一电池组盖与一电池组容器所界定的收容空间；注入该阻燃油至由该电池组盖与该电池组容器所界定的收容空间，使所述多个电池砖组件浸泡于该阻燃油中；以及使该电池组正极导线与该电池组负极导线外露于由该电池组盖与该电池组容器所界定的收容空间，盖合该电池组盖与该电池组容器，以构成一阻燃防爆电池组。15.如权利要求14所述的制造方法，其特征在于，更包括下列步骤：配置一电池组保险丝至外露于由该电池组盖与该电池组容器所界定的收容空间的该电池组正极导线与该电池组负极导线其中之一。16.如权利要求13所述的制造方法，其特征在于，更包括下列步骤：配置一电池砖保险丝至外露于由该电池砖盖与该电池砖容器所界定的收容空间的该电池砖正极导线与该电池砖负极导线其中之一。17.一种用于电动车辆的阻燃防爆电池组的制造方法，其特征在于，包含下列步骤：将多个单电池电并联以构成一电池砖，该电池砖具有一正极焊接片与一负极焊接片；分别电连接一电池砖正极导线与一电池砖负极导线至该正极焊接片与该负极焊接片；将所述多个单电池皆以正极朝上组装置入由一电池砖盖与一电池砖容器所界定的收容空间；以及使该电池砖正极导线与该电池砖负极导线外露于由该电池砖盖与该电池砖容器所界定的收容空间，盖合该电池砖盖与该电池砖容器，以构成一电池砖组件。18.如权利要求17所述的制造方法，其特征在于，更包括下列步骤：电串接多个电池砖组件以界定一电池组正极导线与一电池组负极导线，并将所述多个
电池砖组件以正极朝上组装置入由一电池组盖与一电池组容器所界定的收容空间；以及使该电池组正极导线与该电池组负极导线外露于由该电池组盖与该电池组容器所界定的收容空间，盖合该电池组盖与该电池组容器，以构成一阻燃防爆电池组。19.一种用于电动车辆的阻燃防爆电池组的制造方法，其特征在于，用于制造如权利要求9所述的阻燃防爆电池组，其中该单电池以正极朝上组装置于由该电池砖盖与该电池砖容器所界定的收容空间是利用重力效应避免电解液渗漏。

技术总结

本申请公开一种用于电动车辆的阻燃防爆电池组及其制造方法，其中，用于电动车辆的阻燃防爆电池组包括：至少一电池砖，由多个单电池构成，所述多个单电池电连接以界定一正极焊接片与一负极焊接片；一电池砖正极导线与一电池砖负极导线，分别电连接该正极焊接片与该负极焊接片；以及一电池砖盖与一电池砖容器，界定一第一收容空间，该第一收容空间足以容纳电连接的所述多个单电池；其中，该第一收容空间注满一阻燃油，并使电连接的所述多个单电池浸泡于该阻燃油中，且使该电池砖正极导线与该电池砖负极导线外露于该第一收容空间，以构成一电池砖组件。本发明能改善电动车辆电池组易于燃烧及爆炸的既有缺陷。燃烧及爆炸的既有缺陷。燃烧及爆炸的既有缺陷。