[0001] 本发明涉及一种储能装置，特别是涉及一种具有充电电池及散热结构的储能装置。

[0002] 在市场上，充电电池(或称二次电池)经常作为储能装置或储能模块，并连接外部的热传导结构，如金属端，用以达到散热的目的。然而，利用大电流对电池快速充电，或使电池以大电流快速放电时，将无法仅透过热传导结构散热。

[0003] 举例而言，在高温条件下，对锂离子电池(Lithium-ion Battery；LIB)进行充电或放电操作时，电池的寿命或性能将会大幅降低。因此，温度是影响电池性能的重要因素。当温度持续上升时，将影响电池的效率，并缩短电池的寿命。

[0021] 图1为本发明的储能装置的实施例。储能装置1包括多个充电电池20以及散热结构30。如图所示，每一充电电池20看起来像是细薄的长方体。充电电池20设置在第一基板22之上，并排成一列(row)。每一充电电池20之间具有合适间隔，并且这些间隔可形成梳状(comb-like)结构，用以释放充电电池20所产生的热能。散热结构30接触充电电池20，用以释放充电电池20所产生的热能。散热结构30亦具有梳状图案，用以完全地接触并嵌入充电电池20的梳状结构。图1B为本发明的储能装置的另一实施例。在本实施例中，散热结构30还连接到第二基板32，用以将充电电池20所产生的热能传导至第二基板32，再由第二基板32释放。举例而言，由于第二基板32的另一面与外界相邻，故可直接且快速地释放传导至第二基板32的热能。

[0022] 充电电池20(或称二次电池)可为，镍镉电池(Ni-Cd battery)、镍锰电池(Ni-Mn battery)、镍锌电池(Ni-Zn battery)、镍氢电池(Nickel hydrogen battery)、镍离子电池(Nickel ion-basedbattery)、锂离子电池(Lithium ion-basedbattery)、固态锂电池(solid state lithium battery)、铅蓄电池(Lead acid battery)、或是上述电池的组合。然而，随着技术的发展，将会增加充电电池的变化型式。由于本领域的技术人员很清楚了解上述的应用，故不再赘述。散热结构30可为散热片(heat sink)、散热器(heat spreader)、或是其它合适的装置或其它导热材料所构成的元件。在实施例中，由于超级电容(super capacitor)具有较高的热传导能力，故可作为散热结构30。请参考图1B，散热结构30连接辅助装置40，用以增加散热效果。举例而言，辅助装置40可为散热片、散热管(heat pipe)、水箱(water tank)、水冷系统(water cooling system)、热电致冷器(thermoelectric cooler)、风扇(fan)、风箱(blower)、或是热箱(thermal pack)，辅助装置40设置在第二基板32表面，并可提高散热效应。

[0023] 在本实施例中，第一基板22及第二基板32的材料具有较高的热传导能力。在一些实施例中，具有较高的热传导能力的材料包括，热传导聚合物(thermal conducting polymer)、金 属 (metal)、硅 基 板(silicon substrate)、碳(carbon)、碳 衍 生 物(carbon-based derivatives)、热电致冷器(thermoelectric cooler)、或是上述的组合。

[0024] 在实施例中，热的释放是通过传导，其中温度变化发生在系统内部，通过散热结构30，将充电电池20所产生的热能释放到周围环境中。散热结构30包括，上述的散热片、散热器或是超级电容。

[0025] 在其它实施例中，可通过强制对流，释放热能，其中温度变化发生在系统内部，通过散热结构30，将充电电池20所产生的热能释放到周围环境中。请参考图2，热能主要是由充电电池20所产生，散热结构30除了包括上述的散热片、散热器或是超级电容外，还包括外部冷却系统50。举例而言，冷却系统50可为风扇、风箱或是连接到第二基板32的辅助冷却系统。

[0026] 请参考图1A及图2，在实施例中，充电电池20以及散热结构30具有梳状结构。具有梳状结构的充电电池20与具有梳状结构的散热结构30是以交错方式排列。在进行充电或放电程序时，充电电池20的温度将会剧烈地改变，但由超级电容所构成的散热结构30的温度并不会剧烈地改变。因此，若充电电池20与散热结构30以梳状方式交错排列时，则充电电池20所产生的热能将会透过相邻的散热结构30，而被释放到周围环境中。在实施例中，散热结构30为超级电容。因此，充电电池20的内部将不会累积热能，故储能装置1并不会发生过热的问题，并可快速地释放热能。

[0027] 总而言之，本发明披露储能装置，其中充电电池与散热结构相互接触，用以有效且直接地释放热能。另外，将超级电容材料作为散热媒介(或称散热器)时，可有效地增加散热效率。另外，超级电容材料具有出色的热传导性(thermal conductivity)以及热耐受性(heat endurance)，可操作在65C以上。因此，超级电容适合作为散热媒介，用以释放充电电池所产生的热能。

[0028] 图3A为本发明的储能装置的另一实施例。图3B为图3A的储能装置的剖面图。储能装置300包括堆叠式充电电池310、二超级电容331及333。在本实施例中，堆叠式充电电池310为锂电容，但并非用以限制本发明。

[0029] 图4A为本发明的储能装置的温度特性曲线图。在本实施例中，当堆叠式充电电池310被充电或放电时，超级电容331及333并不会被充电或放电。在放电过程中，测量端点T1～T3，便可得到曲线411～413、421～423以及431～433。

[0030] 由于曲线411～413、421～423以及431～433的形成方式均相同，故仅以曲线411为例。在堆叠式充电电池310放电之前，测量端点T1的温度，用以产生第一测量结果。
在堆叠式充电电池310被放电，并且放电电流为5A时，再次测量端点T1的温度，用以产生第二测量结果。根据第一量测结果及第二测量结果间的差异，便可得到曲线411的一个节点。上述的测量动作共被执行三次，用以得到三个节点。将这三个节点连接在一起，便可得到曲线411。

[0031] 在图4A中，曲线414代表已知充电电池的温度。在对已知充电电池放电前，先测量已知充电电池的温度。接着，对已知充电电池放电，并且放电电流为5A。在放电过程后，再测量已知充电电池的温度。根据所测量到的温度，便可得到曲线414。

[0032] 以下将说明堆叠式充电电池310的充电操作及放电操作。首先，将堆叠式充电电池310充电至4.2V，其充电电流为5A。在10分钟后，对堆叠式充电电池310放电。在放电之前，测量端点T1～T3的温度。当堆叠式充电电池310的电压降低至2.8V时，停止放电，并再次测量端点T1～T3的温度。本发明并不限定放电电流的大小。在其它实施例中，放电电流可为5A、10A或是15A。不同的放电电流可定义出不同的温度曲线，如曲线411～414、421～424及431～434。

[0033] 图4B为本发明的储能装置的另一温度曲线图。在本实施例中，若对堆叠式充电电池310进行充电或放电时，超级电容331及333也会随着充电或放电。在堆叠式充电电池310的放电过程前后，分别测量端点T1～T3的温度，得到放电前后的温度差，并且得到曲线
441～443、451～453以及461～463。由于曲线441～444、451～454以及461～464的形成方法与曲线411～414、421～424以及431～434的形成方法相同，故不再赘述曲线441～444、451～454的形成方法以及461～464的形成方法。

[0034] 在本实施例中，首先将堆叠式充电电池310充电至4.2V。充电电流为5A。在10分钟后，对堆叠式充电电池310进行放电，放电电流为15A。在进行放电之前，测量端点T1～T3的温度。。当堆叠式充电电池310的电压降低至2.8V时，停止放电动作，并再次测量端点T1～T3的温度，根据放电前后量测的数据，得到端点T1～T3的温度差。测量的结果如图4B所示。

[0035] 在对堆叠式充电电池310进行充电或放电时，也对超级电容331及333进行充电或放电。当超级电容331及333的电压达1.3V时，停止对超级电容331及333充电。超级电容331及333的充电流为5A。在15秒后，对超级电容331及333放电。当超级电容331及333的电压下降至0.2V时，停止对超级电容331及333放电。超级电容331及333的放电电流为5A。在5秒后，再次对超级电容331及333充电，然后再放电。

[0036] 如图4A及图4B所示，图4B的温度差异不同于图4A的温度差异。

[0037] 虽然本发明已以优选实施例披露如上，然其并非用以限定本发明，任何所属技术领域中普通技术人员，在不脱离本发明的精神和范围内，当可作些许的更动与润饰，因此本发明的保护范围当视权利要求界定为准。