CN103378374A - 一种电源模块结构 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种电源模块结构，包括两块压板及层叠设置在两块压板间的若干个第一电源单体和第二电源单体，第一电源单体和第二电源单体间隔排列并且层叠设置，且第一电源单体的正极、负极分别和第二电源单体的负极、正极相邻，层叠起来的第一电源单体和第二电源单体依次相串联，第一电源单体和第二电源单体均有2N个并联连接的电芯。本发明先将偶数个电芯并联构成电源单体，再将电源单体进行串联构成电源模块结构，减小电源模块内外温差及连接内阻的差异，使得电源模块温度保持一致及连接内阻保持一致，从而确保电源模块处于最佳性能，延长使用寿命。本发明装配及维护方便，电气连接安全可靠，易于实现自动化批量生产。

Description

一种电源模块结构

技术领域

本发明涉及一种电池结构，尤其涉及一种采用模块化设计的电源模块结构。

背景技术

电源模块化设计已经成为动力电源系统发展的必然趋势，但目前的电源模块结构存在着以下几个问题：

1）一般是将很多的单体电池以不同的形成串联或者并联组装在一起形成一个电池包或者电池盒，再将几个电池包或者电池盒进行串联或者并联以提供所需要的电压和容量。这种结构，由于单体电池高密度组合会造成温度过高，并且从里到外温差较大，将会影响到电池的最佳性能和使用寿命；

 2）对于先并后串（先将电芯并联构成单体电池，再将单体电池进行串联构成电源模块）的电源模块结构，当并联连接的电芯数量是奇数时，存在连接内阻不一致或者连接内阻差异较大的问题，这样会造成电芯极耳处发热量增加，也会影响电芯使用的最佳性能和使用寿命；

3）动力电池对使用环境的要求比较高，粉尘、湿度等环境因素都会影响电池的电气性能，从而出现安全性问题；

4）电池之间的连接复杂，整体较笨重，不仅装配维护困难，不易于实现自动化批量生产，而且也增加了额外的电源系统的重量，从而也增加了电动汽车车身的重量。

发明内容

本发明主要解决原有电源模块结构存在内部温度不一致、连接内阻差异较大，从而影响电池的最佳性能和使用寿命的技术问题；提供一种电源模块结构，其能确保内部温度一致及连接内阻一致，从而确保电池处于最佳性能，延长电池使用寿命。

本发明同时解决原有电源模块结构连接复杂，装配维护困难，不易于实现自动化批量生产的技术问题；提供一种电源模块结构，其结构简单，装配及维护方便，电气连接安全可靠，易于实现自动化批量生产。

本发明的上述技术问题主要是通过下述技术方案得以解决的：本发明包括两块压板及层叠设置在两块压板间的若干个第一电源单体和第二电源单体，第一电源单体和第二电源单体间隔排列并且层叠设置，且第一电源单体的正极、负极分别和第二电源单体的负极、正极相邻，层叠起来的第一电源单体和第二电源单体依次相串联，所述的第一电源单体和第二电源单体均有2N个并联连接的电芯。第一电源单体和第二电源单体均有偶数个电芯并联而成，且包含的电芯数相同，两块压板间按第一电源单体、第二电源单体、第一电源单体、第二电源单体……这样的顺序排列，第二电源单体的正、负极放置位置和第一电源单体的正、负极放置位置正好相反，所有电源单体从头到尾依次串联连接。本发明先将偶数个电芯并联构成电源单体，再将电源单体进行串联构成电源模块结构，减小电源模块内外温差及连接内阻的差异，使得电源模块温度保持一致及连接内阻保持一致，从而确保电源模块处于最佳性能，延长使用寿命。 

作为优选，所述的第一电源单体包括若干个层叠设置且并联连接的第一子单体，第一子单体的一侧设有一层泡沫棉，所述的第一子单体有两层电芯、四层支架及一层散热铝片，每层电芯夹装在所述的两层支架之间，所述的散热铝片设于两层电芯之间，两层电芯的正极、负极设置位置相同，两层电芯并联连接；所述的第一子单体中和散热铝片相邻的两个支架为第一支架，位于所述的第一电源单体的最前面及最后面的两个支架为第二支架，其余支架为第三支架。当第一电源单体由一个第一子单体构成时，则第一子单体两头的支架为第二支架。当第一电源单体由两个第一子单体构成时，前一个第一子单体的最前侧的支架为第二支架，后一个第一子单体的最后侧的支架为第二支架，两个第一子单体相邻处的支架为第三支架，依次类推。通过两层支架夹装电芯，安装方便且牢固。散热铝片采用导热性能好的铝片，材质是铝合金，表面做绝缘处理，电芯的热量通过散热铝片可以很均匀地被释放出来，整个电源模块各处电芯散热均匀，从而可以保持温度场的一致性。泡沫棉既起到绝缘作用又起到缓冲减震作用，以保护电芯。第一支架、第二支架及第三支架均采用强度高、韧性好并且具有阻燃性能的工程塑料制成，以达到绝缘性能好、质轻、安全性高的目的。

作为优选，所述的第二电源单体包括若干个层叠设置且并联连接的第二子单体，第二子单体的一侧设有一层泡沫棉，所述的第二子单体有两层电芯、四层支架及一层散热铝片，每层电芯夹装在所述的两层支架之间，所述的散热铝片设于两层电芯之间，两层电芯的正极、负极设置位置相同，两层电芯并联连接；所述的第二子单体中和散热铝片相邻的两个支架为第一支架，其余支架为第三支架。通过两层支架夹装电芯，安装方便且牢固。散热铝片采用导热性能好的铝片，材质是铝合金，表面做绝缘处理，电芯的热量通过散热铝片可以很均匀地被释放出来。泡沫棉既起到绝缘作用又起到缓冲减震作用，以保护电芯。

作为优选，所述的第一支架是个框体，第一支架的至少两条边框的内缘设有多个向第一支架内部凸出的限位挡块，第一支架的两条相对的边框上设有卡孔和卡扣，第一支架的顶部边框上设有两个带有螺纹的金属嵌柱，所述的电芯的极耳和金属嵌柱卡接，金属嵌柱上设有带有螺纹胶的防松螺母；所述的第三支架是个框体，第三支架的至少两条边框的内缘设有多个向第三支架内部凸出的限位挡块，第三支架的两条相对的边框上设有分别和第一支架上的卡孔、卡扣相匹配的限位柱和限位孔。第一支架和第三支架通过限位挡块将电芯夹装起来，两个限位挡块间形成的缺口起到减重作用，第一支架上的卡扣和第三支架上的限位孔卡接，第三支架上的限位柱和第一支架上的卡孔卡接，将第一支架、电芯和第三支架连接成一个整体。两个第一支架背对背安装，两层电芯的正极极耳和一个第一支架上的金属嵌柱卡接，两层电芯的负极极耳和另一个第一支架上的金属嵌柱卡接，再在金属嵌柱上拧上防松螺母，实现两层电芯的并联。安装方便，电气连接安全且可靠。

作为优选，所述的第一支架、第三支架的四个内角上均设有圆弧形缺口，圆弧形缺口和与其相邻的框体内边缘呈弧形光滑过渡。避免电芯四个角因受力而漏液，起保护作用。

作为优选，所述的第二支架是个框体，第二支架的至少两条边框的内缘设有多个向第二支架内部凸出的限位挡块，第二支架的两条相对的边框上设有分别和第一支架上的卡孔、卡扣相匹配的限位柱和限位孔，所述的第二支架的顶部边框上设有隔板，隔板的位置和所述的第一支架上的金属嵌柱的位置相对应，所述的第二支架的四个内角上均设有圆弧形缺口，圆弧形缺口和与其相邻的框体内边缘呈弧形光滑过渡。第一支架和第二支架通过限位挡块将电芯夹装起来，第一支架上的卡扣和第二支架上的限位孔卡接，第二支架上的限位柱和第一支架上的卡孔卡接，将第一支架、电芯和第二支架连接成一个整体。圆弧形缺口避免电芯四个角因受力而漏液，起保护作用。第二支架上的隔板起到增大单体与单体之间的爬电距离的作用，还可以防止其它金属件的异常搭接，使电气连接更加安全。

作为优选，所述的压板、第一电源单体、第二电源单体的四个角上均设有位置相对应的安装孔，每个角的安装孔内穿设有一根长螺栓，长螺栓的尾部拧有带有螺纹胶的防松螺母。所有支架的四个角上均设有安装孔，相对应的支架互相卡接后，所有压板、支架再通过长螺栓相连接，长螺栓起到紧固整个电源模块的作用。长螺栓上，除螺纹部分外，其余的螺杆部分均要做绝缘处理，可以采用喷塑或者使用绝缘热缩管来实现。

作为优选，所述的压板的正面设有若干加强筋，压板的背面设有泡沫棉限位槽，泡沫棉限位槽内设有一层泡沫棉，压板的顶部设有挡板，挡板的位置和所述的第一电源单体及第二电源单体上正极、负极的位置相对应。加强筋增加压板的强度，加强筋的周围形成的凹槽一方面起到减轻重量的作用，另一方面防止塑料制成的压板缩水。挡板的设置起到隔开电芯极耳处的带电部位，防止电源模块总正极、总负极和其他金属件接触，使电气连接更安全。压板采用强度高、韧性好并且具有阻燃性能的工程塑料制成，以达到绝缘性能好、质轻、安全性高的目的。

作为优选，所述的包括若干软连接汇流排，所述的第一电源单体和第二电源单体之间的串联连接以及第一电源单体内部的第一子单体之间的并联连接、第二电源单体内部的第二子单体之间的并联连接均通过软连接汇流排连接。软连接汇流排采用铜质制成，可采用紫铜T2。软连接汇流排是个片体，其上有多个孔位，正好套在第一支架的金属嵌柱上，然后再在上面拧上防松螺母，实现电气连接。采用软连接汇流排，一是易于装配，二是电气连接可靠，接触较好，连接内阻也会很小。

作为优选，所述的电源模块结构的顶部覆盖有一块保护盖，所述的支架的顶部的左侧和右侧各设有一个凸起，两个凸起的相对面上设有卡槽，所述的保护盖的两个侧边分别和两个卡槽卡接，所述的保护盖设有两个供电接线缺口，电源模块结构的总正极和总负极分别露出于两个供电接线缺口。保护盖拆装方便，保护盖的主要作用是防止电源模块的带电部件与外面金属框体或其它金属件导通而出现安全事故，另外还可以阻止外界灰尘进入电源模块。保护盖采用强度高、韧性好并且具有阻燃性能的工程塑料制成，以达到绝缘性能好、质轻、安全性高的目的。

本发明的有益效果是：先将偶数个电芯并联构成电源单体，再将电源单体进行串联构成电源模块结构，减小电源模块内外温差及连接内阻的差异，使得电源模块温度保持一致及连接内阻保持一致，从而确保电源模块处于最佳性能，延长使用寿命。本发明结构简单，连接牢固，装配及维护方便，电气连接安全可靠，易于实现自动化批量生产，有利于电动汽车的推广。

附图说明

图1是本发明的一种立体结构示意图。

图2是本发明去掉保护盖的一种立体结构示意图。

图3是本发明中第一电源单体的一种分解结构示意图。

图4是本发明中第二电源单体的一种分解结构示意图。

图5是本发明中压板正面的一种立体结构示意图。

图6是本发明中压板背面的一种立体结构示意图。

图7是本发明中第一支架的一种立体结构示意图。

图8是本发明中第二支架的一种立体结构示意图。

图9是本发明中散热铝片的一种立体结构示意图。

具体实施方式

下面通过实施例，并结合附图，对本发明的技术方案作进一步具体的说明。

实施例：本实施例的一种电源模块结构，如图1、图2所示，包括两块压板1及层叠设置在两块压板1间的多个第一电源单体2和多个第二电源单体3，第一电源单体2和第二电源单体3间隔排列并且层叠设置，且第一电源单体2的正极、负极分别和第二电源单体3的负极、正极相邻，即第一电源单体的正、负极位置正好和第二电源单体的正、负极位置相反，层叠起来的第一电源单体2和第二电源单体3从头到尾依次相串联，第一电源单体2和第二电源单体3均有2N个并联连接的电芯4。本实施例中以四并电芯为例，即第一电源单体2、第二电源单体3均由四个并联连接的电芯构成。

如图3所示，第一电源单体2包括两个层叠设置且并联连接的第一子单体21，第一子单体21的一侧安装有一层泡沫棉5，即第一子单体和第一子单体之间、第一子单体和第二电源单体3之间安装有一层泡沫棉。第一子单体21有两层电芯4、两层第一支架7、一层第二支架8、一层第三支架9及一层散热铝片6，一层第一支架7和一层第三支架9夹装一层电芯4，一层第一支架7和一层第二支架8夹装另一层电芯4，两层第一支架7背对背安装，两层第一支架之间夹装一层散热铝片6，第三支架9和另一个第一子单体21相邻，第二支架8位于整个第一电源单体2的最前面及最后面，即第二支架相当于第一电源单体的边界支架。两个第一子单体中的四层电芯4的正极、负极设置位置相同，四层电芯4并联连接。第一支架、第二支架和第三支架均采用强度高、韧性好并且具有阻燃性能的工程塑料制成，本实施例中均采用PPO塑料注塑而成，PPO塑料强度和韧性较好，质轻，阻燃等级为V0。

如图7所示，第一支架7是个框体，第一支架7的四条边框的内缘均有多个向第一支架7内部凸出的限位挡块10，第一支架7的四个内角上均有圆弧形缺口17，圆弧形缺口17和与其相邻的框体内边缘呈弧形光滑过渡。第一支架7的两条相对的长边框上有三个卡孔11和卡扣12，长边框的外缘还有三个相间隔的卡钩23，两条相对的短边框上有一个卡孔11和卡扣12，第一支架7的顶部边框上嵌装有两个带有螺纹的金属嵌柱13，顶部边框的左侧和右侧各有一个凸起29，两个凸起29的相对面上开有卡槽30，第一支架的底部边框的外缘有多个缺口，边框的一面开有凹槽，以减轻第一支架的重量，并防止塑料件缩水。第一支架7的四个角上均有一个安装孔19。

如图8所示，第二支架8是个框体，第二支架8的四条边框的内缘均有多个向第二支架8内部凸出的限位挡块10，第二支架8的四个内角上均有圆弧形缺口17，圆弧形缺口17和与其相邻的框体内边缘呈弧形光滑过渡。第二支架8的四条边框上均有一组和第一支架7上的卡孔11、卡扣12相匹配的限位柱15和限位孔16，两条长边框的外缘还有三个相间隔的卡接缺口31，卡接缺口31和第一支架上的卡钩23相匹配，第二支架8的顶部边框上有一隔板18，隔板18的位置和第一支架7上的金属嵌柱13的位置相对应，顶部边框的左侧和右侧各有一个凸起29，两个凸起29的相对面上开有卡槽30。第二支架的底部边框的外缘有多个缺口，边框的一面开有凹槽，以减轻第二支架的重量，并防止塑料件缩水。第二支架8的四个角上均有一个安装孔19。第三支架9和第二支架8相比，只是顶部边框上没有隔板，其余结构和第二支架8相同，不再多述。

如图9所示，散热铝片6表面做过绝缘处理，其一条长边上连接有一片和散热铝片垂直的挡片61，另一条长边上有多个弧形槽62，散热铝片的顶部开有两个长条孔63，和挡片61相邻处开有一排和挡片平行排列的固定孔64。散热效果更好。

第一支架7和第二支架8、第一支架7和第三支架9都是通过限位柱15和卡孔11卡接、卡扣12和限位孔16卡接及卡钩23和卡接缺口31钩接实现连接的，从而将电芯4夹装在中间。一个第一子单体21中的两层电芯4的正、负极极耳折弯后分别卡在两层第一支架7的金属嵌柱13上。一层第一支架7上的卡扣12穿过散热铝片6上的固定孔64再和另一层第一支架上的卡孔11卡接，从而把散热铝片夹装在两层第一支架之间，散热铝片上的挡片露出在第一子单体的侧面。

如图4所示，第二电源单体3包括两个层叠设置且并联连接的第二子单体22，第二子单体22的一侧安装有一层泡沫棉5，即第二子单体和第二子单体之间、第二子单体和第一电源单体2之间安装有一层泡沫棉。第二子单体22有两层电芯4、两层第一支架7、两层第三支架9及一层散热铝片6，一层第一支架7和一层第三支架9夹装一层电芯4，两层第一支架7背对背安装，两层第一支架之间夹装一层散热铝片6。两个第二子单体中的四层电芯4的正极、负极设置位置相同，四层电芯4并联连接。第二子单体22的电芯的正、负极位置和第一子单体21的电芯的正、负极位置正好相反，第二电源单体3的其他结构和第一电源单体2相同。

如图5、图6所示，压板1也由PPO塑料注塑而成，压板1的正面有很多构成米字状的加强筋24，压板1的背面有泡沫棉限位槽25，泡沫棉限位槽25内安装有一层泡沫棉5，压板1的顶部一侧连有一块挡板26，压板18的四个角上均有一个安装孔19。压板的底部外缘有多个缺口，泡沫棉限位槽25四周的边框上开有凹槽，以减轻压板的重量，并防止塑料件缩水。整个电源模块结构中有前、后两块压板，其中一块压板的四个安装孔19的周围开有六角螺栓限位槽34，使紧固整个电源模块时穿设于安装孔内的长螺栓不会打转。

如图1、图2所示，两层压板1将多个间隔层叠的第一电源单体2、第二电源单体3夹装在中间，第一电源单体的正、负极位置正好和第二电源单体的正、负极位置相反，四根长螺栓20分别穿过位于四个角上的安装孔19，长螺栓上，除螺纹部分外，其余的螺杆部分均做绝缘处理，长螺栓20的尾部拧有带有螺纹胶的防松螺母14。第一电源单体2和第二电源单体3之间的串联连接以及第一电源单体2内部的电芯之间的并联连接、第二电源单体3内部的电芯之间的并联连接均通过软连接汇流排27连接实现。软连接汇流排是个片体，采用紫铜T2材质制成，本实施例中的软连接汇流排上有八个排成两列四行的孔位，正好套在需要连接的多个第一支架的金属嵌柱上，然后再在上面拧上防松螺母，实现串、并联电气连接。先偶数个电芯并联再串联的结构，极耳厚度都一致，接触内阻也一致，这是先奇数个电芯并联再串联的结构所不具备的优点。电源模块结构的顶部覆盖有一块由PPO塑料注塑而成的保护盖28，保护盖28的两个侧边正好卡入第一支架7、第二支架8及第三支架9的两个卡槽30内，保护盖28有两个供电接线缺口，电源模块结构的总正极32和总负极33分别露出于两个供电接线缺口。

本发明先将偶数个电芯并联构成电源单体，每个电源单体中的电芯数相同，再将电源单体层叠并且从头到尾进行串联连接，构成电源模块结构。本发明有效减小电源模块内外温差及连接内阻的差异，使得电源模块温度保持一致及连接内阻保持一致，从而确保电芯及电源模块处于最佳性能，延长使用寿命。本发明结构简单，结构装配简单有序，容易操作，连接结构巧妙且牢固，装配及维护方便，电气连接安全可靠，易于实现自动化批量生产。三种支架可以多次循环使用，降低生产成本。本发明作为电动汽车的动力电池，有利于电动汽车的推广应用。

Claims (10)

1.一种电源模块结构，其特征在于包括两块压板（1）及层叠设置在两块压板（1）间的若干个第一电源单体（2）和第二电源单体（3），第一电源单体（2）和第二电源单体（3）间隔排列并且层叠设置，且第一电源单体（2）的正极、负极分别和第二电源单体（3）的负极、正极相邻，层叠起来的第一电源单体（2）和第二电源单体（3）依次相串联，所述的第一电源单体（2）和第二电源单体（3）均有2N个并联连接的电芯（4）。

2.根据权利要求1所述的一种电源模块结构，其特征在于所述的第一电源单体（2）包括若干个层叠设置且并联连接的第一子单体（21），第一子单体（21）的一侧设有一层泡沫棉（5），所述的第一子单体（21）有两层电芯（4）、四层支架及一层散热铝片（6），每层电芯（4）夹装在所述的两层支架之间，所述的散热铝片（6）设于两层电芯（4）之间，两层电芯（4）的正极、负极设置位置相同，两层电芯（4）并联连接；所述的第一子单体（21）中和散热铝片（6）相邻的两个支架为第一支架（7），位于所述的第一电源单体（2）的最前面及最后面的两个支架为第二支架（8），其余支架为第三支架（9）。

3.根据权利要求1所述的一种电源模块结构，其特征在于所述的第二电源单体（3）包括若干个层叠设置且并联连接的第二子单体（22），第二子单体（22）的一侧设有一层泡沫棉（5），所述的第二子单体（22）有两层电芯（4）、四层支架及一层散热铝片（6），每层电芯（4）夹装在所述的两层支架之间，所述的散热铝片（6）设于两层电芯（4）之间，两层电芯（4）的正极、负极设置位置相同，两层电芯（4）并联连接；所述的第二子单体（22）中和散热铝片（6）相邻的两个支架为第一支架（7），其余支架为第三支架（9）。

4.根据权利要求2或3所述的一种电源模块结构，其特征在于所述的第一支架（7）是个框体，第一支架（7）的至少两条边框的内缘设有多个向第一支架（7）内部凸出的限位挡块（10），第一支架（7）的两条相对的边框上设有卡孔（11）和卡扣（12），第一支架（7）的顶部边框上设有两个带有螺纹的金属嵌柱（13），所述的电芯（4）的极耳和金属嵌柱（13）卡接，金属嵌柱（13）上设有带有螺纹胶的防松螺母（14）；所述的第三支架（9）是个框体，第三支架（9）的至少两条边框的内缘设有多个向第三支架（9）内部凸出的限位挡块（10），第三支架（9）的两条相对的边框上设有分别和第一支架（7）上的卡孔（11）、卡扣（12）相匹配的限位柱（15）和限位孔（16）。

5.根据权利要求4所述的一种电源模块结构，其特征在于所述的第一支架（7）、第三支架（9）的四个内角上均设有圆弧形缺口（17），圆弧形缺口（17）和与其相邻的框体内边缘呈弧形光滑过渡。

6.根据权利要求2所述的一种电源模块结构，其特征在于所述的第二支架（8）是个框体，第二支架（8）的至少两条边框的内缘设有多个向第二支架（8）内部凸出的限位挡块（10），第二支架（8）的两条相对的边框上设有分别和第一支架（7）上的卡孔（11）、卡扣（12）相匹配的限位柱（15）和限位孔（16），所述的第二支架（8）的顶部边框上设有隔板（18），隔板（18）的位置和所述的第一支架（7）上的金属嵌柱（13）的位置相对应，所述的第二支架（8）的四个内角上均设有圆弧形缺口（17），圆弧形缺口（17）和与其相邻的框体内边缘呈弧形光滑过渡。

7.根据权利要求1或2或3所述的一种电源模块结构，其特征在于所述的压板（1）、第一电源单体（2）、第二电源单体（3）的四个角上均设有位置相对应的安装孔（19），每个角的安装孔（19）内穿设有一根长螺栓（20），长螺栓（20）的尾部拧有带有螺纹胶的防松螺母（14）。

8.根据权利要求1或2或3所述的一种电源模块结构，其特征在于所述的压板（1）的正面设有若干加强筋（24），压板（1）的背面设有泡沫棉限位槽（25），泡沫棉限位槽（25）内设有一层泡沫棉（5），压板（1）的顶部设有挡板（26），挡板（26）的位置和所述的第一电源单体（2）及第二电源单体（3）上正极、负极的位置相对应。

9.根据权利要求1或2或3所述的一种电源模块结构，其特征在于包括若干软连接汇流排（27），所述的第一电源单体（2）和第二电源单体（3）之间的串联连接以及第一电源单体（2）内部的第一子单体（21）之间的并联连接、第二电源单体（3）内部的第二子单体（22）之间的并联连接均通过软连接汇流排（27）连接。

10.根据权利要求2或3所述的一种电源模块结构，其特征在于所述的电源模块结构的顶部覆盖有一块保护盖（28），所述的支架的顶部的左侧和右侧各设有一个凸起（29），两个凸起（29）的相对面上设有卡槽（30），所述的保护盖（28）的两个侧边分别和支架上的两个卡槽（30）卡接，所述的保护盖（28）设有两个供电接线缺口，电源模块结构的总正极（32）和总负极（33）分别露出于两个供电接线缺口。

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