CN103296233A - 一种车用轻量化设计的锂离子电池模块 - Google Patents

一种车用轻量化设计的锂离子电池模块 Download PDF

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李痛快
辛爽
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Abstract

本发明涉及一种车用轻量化化设计的锂离子电池模块,将多个电池单体分别固定粘接在对应设置的多个电池单体固定板内;在相邻电池单体之间粘接绝缘垫,通过激光焊接进行电池串并联连接;同时将相邻的电池单体固定板进行防错位组装后,并在电池单体固定板上方连接电池模块的上盖,之后以绑带固定组装后的电池单体固定板及其左右两侧挡板,采集电池单体参数进行控制预警的电池模块管理控制器设置在挡板上。此电池模块外壳采用导热塑料结构,与金属外壳模块结构相比减重20%-40%左右,电池模块投入成本低,采用先进的粘接工艺,具有结构简单,安全性高,冷却架构简单且可变,易实现自动化操作生产,可根据使用情况灵活设计模块大小等优点。

Description

一种车用轻量化设计的锂离子电池模块
技术领域
本发明涉及动力电池技术领域,具体是一种车用轻量化设计的锂离子电池模块。
背景技术
锂离子电池模块作为车用动力源电池组系统的组成部分,安装在系统固定框架内。目前市场上的电池模块大多结构复杂,不易拆卸,不易安装。部分带有冷却结构设计的模块结构复杂,多采用金属导热,电池模块质量大。申请号为201120498475的中国专利设计的电池模块具有冷却结构一体化设计,通过金属外框将热量导出,但是其组成结构部件多,金属外框质量大。
发明内容
本发明的目的是,提供一种车用轻量化设计的电池模块,该电池模块结构简单且可变、适于自动安装和拆卸,质量大幅降低、成本降低,具有良好的导热和安全性。
为达到上述目的,本发明提出如下技术方案:提供一种车用轻量化设计的锂离子电池模块,其是通过多个电池结构单元组装形成的电池模块;每个所述电池结构单元中,包含:电池单体,以及将所述电池单体固定连接在其内部的电池单体固定板;
多个所述电池结构单元通过相邻电池单体之间的相互粘接,以及相邻电池单体固定板之间的组装进行连接;在相邻的电池单体之间还设置有绝缘垫; 
组装后位于两端的电池结构单元外侧分别设置有挡板,在所述挡板上设置有采集电池单体参数进行控制预警的电池模块管理控制器;
所述电池模块还通过设置若干组固定绑带,围绕在各个电池单体固定板侧面及挡板外,实现对该电池模块的固定;该电池模块的上盖连接在各个所述电池单体固定板上。
优选的实施例中,每个所述电池单体固定板是一个中间设有镂空开口的框架结构;对应的电池单体通过结构胶粘接在所述电池单体固定板的框架结构内;
并且,与所述镂空开口大小相同的绝缘垫,粘贴在所述电池单体上对应该镂空开口的位置。
优选的实施例中,每个所述电池单体固定板上,设置有防错位连接的纵向限位结构或横向限位结构,或者同时设置有所述纵向限位结构及横向限位结构;
其中,所述纵向限位结构包含若干纵向限位结构凸起及若干纵向限位结构凹槽,使任意一个电池单体固定板的纵向限位结构凸起,能够对应插入到与之纵向相邻的电池单体固定板的纵向限位结构凹槽中;
任意一个电池单体固定板的所述横向限位结构,还能够对应插入到与之横向相邻的电池单体固定板的横向限位结构中。
优选的实施例中,相邻电池单体上的对应极柱通过焊接的连接片进行串并联连接,并通过端连接片输出电池模块正负极;根据电池单体串并联的数量,调整所述固定绑带的长度与之相匹配。
优选的实施例中,所述电池单体固定板上开设有走线槽,用以连接所述电池模块管理控制器及相应电池单体的若干采样线放置于所述走线槽中;并且,设置与线束粗细相匹配的线夹对各个采样线进行固定。
优选的实施例中,所述电池单体的电池安全阀位于所述走线槽下方,并形成一个与电池模块的电池极柱无接触的打开排出物质通道。
优选的实施例中,任意一个所述电池模块,通过挡板上方设置的若干第一定位孔及配套的连接件,固定连接至位于该电池模块的电池极柱上方的其他电池模块;
或者,通过挡板侧面设置的若干第二定位孔及配套的连接件,固定连接至位于该电池模块的电池极柱侧面的其他电池模块。
优选的实施例中,所述电池模块使用液冷结构或风冷结构进行散热;
所述液冷结构中,将各个所述电池单体固定板与液冷板紧密接触,通过连接液冷板的液冷系统带走热量;
所述风冷结构中,将各个单体电池固定板之间的缝隙形成风冷通道,通过风扇制冷将带走热量。
优选的实施例中,所述电池单体固定板是导热塑料材质;所述绝缘垫是耐高温导热材质;所述电池模块中在相邻的电池单体之间,或电池单体固定板与电池单体之间,或电池单体与绝缘垫之间,或挡板与电池单体固定板之间,分别使用导热硅胶粘结。
本发明具有以下优点:
1、电池单体固定板为导热塑料结构,电池之间的固定采用电池单体固定板上防错位连接的限位结构和结构胶粘结双重保证,模块整体锁紧结构采用固定绑带,使轻量化电池模块与金属外壳电池模块的质量减轻20%-40%。
2、电池模块外壳由电池单体固定板拼接组成,电池单体固定板与电池单体之间通过结构胶粘贴,外框架结构中模块和模块固定采用绑带结构,与金属外壳电池模块对比,降低了电池模块的成本。
3、每个电池单体具有各自的结构单元,电池单体之间采用粘接方式,电池串并联连接采用激光焊接,电池模块采用绑带结构,适用于采用自动化组装生产线机械手组装。并且可灵活调整,根据电池串并联数进行绑带长短的调节。
4、电池模块内正负极输出端具有防护罩,模块内采样线通过线夹固定在走线槽内,且与电池直接接触的所有部件均为塑料部件,电池模块的安全性提高。
5、电池模块内电池单体固定板的走线槽下方为电池单体安全阀打开排出物质通道,且保证排出物与高温电池极柱无接触,确保电池不起火。
6、电池单体固定板为导热塑料结构,电池之间通过导热硅胶和绝缘垫连接,电池模块的散热性提高。
7、电池模块可根据电池组系统的结构设计进行正向和侧向安装,即,电池模块的安装固定方向可根据电池组系统的空间选择极柱向上固定或极柱侧面固定两种方式,适用于多种场合。
8、每个电池单体具有各自的结构单元,无需加工新的零部件,可根据使用环境灵活设计不同大小的电池模块。
9、电池模块兼容液冷和风冷两种系统冷却方式。
因此,本发明的电池模块投入成本低,采用先进的粘接工艺,结构简单,安全性高,冷却架构简单且可变,易实现自动化操作生产,可根据使用情况灵活设计模块大小。
附图说明
图1是本发明提供的车用轻量化设计的锂离子电池模块的整体示意图;
图2是本发明提供的车用轻量化设计的锂离子电池模块的结构分解立体示意图;
图3 是本发明提供的车用轻量化设计的锂离子电池单体结构单元立体示意图;
图4是本发明提供的车用轻量化设计的电池单体固定板立体示意图;
图5是本发明提供的车用轻量化设计的锂离子电池模块部分俯视示意图。
具体实施方式
以下通过其中一种具体实施方式,结合附图对本发明的技术方案作进一步的说明。
配合图1至图4所示,本发明提供的车用轻量化设计的锂离子电池模块,包括多个电池单体4,这些电池单体4固定于其各自对应的电池单体固定板12中,这些电池单体固定板12相互组装后,以若干组固定绑带13连接形成一个电池模块。上盖1通过螺钉2固定在每个电池单体固定板12上。在一个电池模块的两侧还分别设置了挡板7;在挡板7上设置有电池模块管理控制器8(LECU),以采集电池模块中电池单体4的电压和温度,通过程序对电池模块中电池单体4的电压或温度过高过低进行预警。在挡板7上设有护线罩5保护电池模块中通过接插件连接到电池模块管理控制器8上的电压和温度采集线。
具体的,如图3所示,每个电池单体固定板12是采用导热塑料材质制成的框架结构,任意一个电池单体4能够置于其中,并通过结构胶与该电池单体固定板12粘接。在电池单体固定板12的中间形成有镂空的开口,在电池单体4的外壳对应位置上粘贴有与上述开口同样大小的绝缘垫10。上述电池单体固定板12、电池单体4及绝缘垫10的组合,构成一个电池结构单元。所述绝缘垫10采用耐高温导热良好的材料制成,该绝缘垫10的两面分别通过导热硅胶粘贴至两个电池单体4相邻的表面,实现这两个电池单体4的相互连接。
如图4所示,在每个电池单体固定板12上,设置有纵向限位结构凸起16和纵向限位结构凹槽17(对应位于图4中的左右方向),还设置有横向限位结构18(本实施例中表现为对应位于图4中纸面前后方向的突出部分和凹入部分)。则,多个电池结构单元通过导热硅胶相互粘结的同时,任意一个电池单体固定板12上的纵向限位结构凸起16,能够对应插入到左右方向相邻的一个电池单体固定板12上的纵向限位凹槽17内,达到电池纵向限位固定的作用。并且,每一个电池单体固定板12上的横向限位结构18,也能够对应插入到前后方向相邻的一个电池单体固定板12的横向限位结构18中,达到电池横向限位固定的作用。
多个电池结构单元通过各个电池单体固定板12的限位结构,以及导热硅胶进行相互连接后,在两端的电池结构单元外侧分别设置挡板7(在图1所示的实施例中连接在最左侧和最右侧的电池单体固定板12上);并由若干个固定绑带13,围绕在多个电池单体固定板12的上部和下部及左右挡板7的外侧,以固定连接这些电池结构单元形成一个电池模块。各个电池单体4的极柱14通过激光焊接的连接片来进行串并联连接,并通过端连接片19输出电池模块正负极。可以根据电池的串并联数来灵活调整固定绑带13的长短。
如图5所示,电池模块管理控制器8固定在挡板7上,通过若干采样线3与相应电池单体4相连接。所述采样线3放置于电池单体固定板12上开设的走线槽11内,并根据线束粗细选择合适大小的线夹21对采样线3进行固定。电池单体4的电池安全阀15位于走线槽11下方,并形成一个与高温电池极柱无接触的打开排出物质通道。
电池模块可通过挡板7上的一些第一定位孔6,用螺钉在电池极柱向上固定其他的电池模块,或可以通过挡板7上的一些第二定位孔9,用螺钉在电池极柱侧向固定其他的电池模块。
所述电池模块可以采用液冷或风冷。液冷结构中,将电池单体固定板12的底面和/或侧面(所述侧面是对应图4中设置横向限位结构的表面),放置于液冷板上用液冷方式冷却,并且,可以进一步在液冷板与电池模块之间设置导热硅胶来保证两者的密切接触,电池热量通过导热塑料材料的电池单体固定板12传到液冷板上,再由液冷系统带走热量。风冷结构中,可以在电池模块的这两个方向,将各个单体电池固定板12之间的缝隙形成风冷通道,通过风扇制冷将电池热量带出。
本发明中电池模块轻量化设计主要集中于结构件材料的选取、紧固件的设计和电池连接方式等方面。主要结构件均采用开模导热塑料件,与金属钣金件相比质量降低、其材料成本降低、加工工序减少。电池模块紧固件采用绑带结构,相比圆钢拉杆结构质量降低10-20%左右。电池单体的串并联采用激光焊接,相比螺母连接质量降低5-15%左右。
尽管本发明的内容已经通过上述优选实施例作了详细介绍,但应当认识到上述的描述不应被认为是对本发明的限制。在本领域技术人员阅读了上述内容后,对于本发明的多种修改和替代都将是显而易见的。因此,本发明的保护范围应由所附的权利要求来限定。

Claims (9)

1. 一种车用轻量化设计的锂离子电池模块,其特征在于,是通过多个电池结构单元组装形成的电池模块;每个所述电池结构单元中,包含:电池单体(4),以及将所述电池单体(4)固定连接在其内部的电池单体固定板(12);
多个所述电池结构单元通过相邻电池单体(4)之间的相互粘接,以及相邻电池单体固定板(12)之间的组装进行连接;在相邻的电池单体(4)之间还设置有绝缘垫(10); 
组装后位于两端的电池结构单元外侧分别设置有挡板(7),在所述挡板(7)上设置有采集电池单体(4)参数进行控制预警的电池模块管理控制器(8);
所述电池模块还通过设置若干组固定绑带(13),围绕在各个电池单体固定板(12)侧面及挡板(7)外,实现对该电池模块的固定;该电池模块的上盖(1)连接在各个所述电池单体固定板(12)上。
2. 如权利要求1所述的锂离子电池模块,其特征在于:
每个所述电池单体固定板(12)是一个中间设有镂空开口的框架结构;对应的电池单体(4)通过结构胶粘接在所述电池单体固定板(12)的框架结构内;
并且,与所述镂空开口大小相同的绝缘垫(10),粘贴在所述电池单体(4)上对应该镂空开口的位置。
3. 如权利要求1所述的锂离子电池模块,其特征在于:
每个所述电池单体固定板(12)上,设置有防错位连接的纵向限位结构或横向限位结构,或者同时设置有所述纵向限位结构及横向限位结构;
其中,所述纵向限位结构包含若干纵向限位结构凸起(16)及若干纵向限位结构凹槽(17),使任意一个电池单体固定板(12)的纵向限位结构凸起(16),能够对应插入到与之纵向相邻的电池单体固定板(12)的纵向限位结构凹槽(17)中;
任意一个电池单体固定板(12)的所述横向限位结构(18),还能够对应插入到与之横向相邻的电池单体固定板(12)的横向限位结构(18)中。
4. 如权利要求1所述的锂离子电池模块,其特征在于:
相邻电池单体(4)上的对应极柱(14)通过焊接的连接片进行串并联连接,并通过端连接片(19)输出电池模块正负极;根据电池单体(4)串并联的数量,调整所述固定绑带(13)的长度与之相匹配。
5. 如权利要求1所述的锂离子电池模块,其特征在于:
所述电池单体固定板(12)上开设有走线槽(11),用以连接所述电池模块管理控制器(8)及相应电池单体(4)的若干采样线(3)放置于所述走线槽(11)中;并且,设置与线束粗细相匹配的线夹(21)对各个采样线(3)进行固定。
6. 如权利要求5所述的锂离子电池模块,其特征在于:
所述电池单体(4)的电池安全阀(15)位于所述走线槽(11)下方,并形成一个与电池模块的电池极柱无接触的打开排出物质通道。
7. 如权利要求1所述的锂离子电池模块,其特征在于:
任意一个所述电池模块,通过挡板(7)上方设置的若干第一定位孔(6)及配套的连接件,固定连接至位于该电池模块的电池极柱上方的其他电池模块;
或者,通过挡板(7)侧面设置的若干第二定位孔(9)及配套的连接件,固定连接至位于该电池模块的电池极柱侧面的其他电池模块。
8. 如权利要求1所述的锂离子电池模块,其特征在于:
所述电池模块使用液冷结构或风冷结构进行散热;
所述液冷结构中,将各个所述电池单体固定板(12)与液冷板紧密接触,通过连接液冷板的液冷系统带走热量;
所述风冷结构中,将各个单体电池固定板(12)之间的缝隙形成风冷通道,通过风扇制冷将带走热量。
9. 如权利要求1~8中任意一项所述的锂离子电池模块,其特征在于:
所述电池单体固定板(12)是导热塑料材质;所述绝缘垫(10)是耐高温导热材质;所述电池模块中在相邻的电池单体(4)之间,或电池单体固定板(12)与电池单体(4)之间,或电池单体(4)与绝缘垫(10)之间,或挡板(7)与电池单体固定板(12)之间,分别使用导热硅胶粘结。
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