CN104103800A - 一种新型锂离子动力电池模组设计方法及电池模组 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种新型锂离子动力电池模组设计方法及电池模组，应用于铝壳方形电池模组，依据本发明的方法进行电池模组设计开发，在电池单体能量密度保持不变的情况下，可以比较显著地提高电池模组的重量比能量密度和体积比能量密度，因此，也将明显提高电池系统的整体能量密度，对电动车辆的开发具有重要意义。并且，按照此方法开发的电池模组具备良好的装配工艺性和互换性，使电池系统的装配工艺性得到改善，生产效率得到提高。

Description

一种新型锂离子动力电池模组设计方法及电池模组
技术领域
本发明涉及锂离子电池制造技术领域，特别地涉及一种新型锂离子动力电池模组设计方法及电池模组。
背景技术
锂离子动力电池模组是纯电动、混合动力车辆动力电池系统的核心组成部分，其设计的优劣直接关系和影响到整个电池系统的性能表现与寿命，而动力电池系统的性能又关乎电动车辆的整体性能。因此，动力电池模组设计已成为电动车辆开发中的重要一环。
目前市场上的锂离子动力电池单体通常可以分为铝壳方形电池、聚合物软包装电池和圆形电池等种类，锂离子电池目前已被应用于非常广泛的领域，由于其能量密度高、性能稳定、安全可靠，其在电动车辆领域的应用也得到了市场的认可。
但是，当前锂离子动力电池模组设计存在以下问题：
1.电池单体的布置：由于铝壳方形电池在使用过程中，通常会因为电池内部的物理化学反应导致部分电解液气化，从而引起电池体积膨胀(一般体现在电池面积最大的两个平面)，为了避免由于电池膨胀而导致电池外壳相互接触，电池单体之间通常会保留一定间隙(一般需要控制在2mm以上)。由于间隙的存在，必然导致电池模组的体积比能量密度的下降，电池系统的体积比能量密度也会随之下降，这样电动车辆所能够携带的最大能量将减少，从而对电动车辆的整体性能造成影响；
2.连接电池单体的汇流排：电池单体之间由汇流排连接以确保电流导通。在满足导电性能要求的情况下，当前技术中应用的汇流排的散热性能不高；
3.汇流排与电池单体的连接工艺：汇流排与电池单体的连接方式通常采用螺栓连接。螺栓连接方式的优点在于装配方便、维修简单，可以比较快速、便利地更换电池单体。但是，由于螺栓、螺母等紧固件的存在，导致此种连接方式通常会占用较大空间尺寸(通常会超出电池壳体高度10mm～20mm)，导致电池模组体积增加，体积比能量密度下降，并且也会引起电池模组的重量增加，重量比能量密度下降；
4.电池模组内部线束及接口设计：出于对电池系统监控的需要，电池模组内部需要布置电压、温度采样线束，用来采集电池单体的电压和温度，以便于判断各个电池单体的实时状态及健康状况，线束端部需要设置便于操作的接口，以便于与其他电子设备的连接和数据传输；由于电池模组内的空间有限，内部线束以及接口的布局限制了电池模组内的空间利用；
5.由于环境的差异性，电动车辆可能运行在较为寒冷的气候中，这对于电池性能的发挥是非常不利的。
6.现有电池模组的整体设计防振动、冲击、温湿度循环等性能尚有改善和提高的空间。
鉴于此，本发明提供了一种新型锂离子动力电池模组设计方法及电池模组。
发明内容
本发明的目的是提供一种新型锂离子动力电池模组设计方法及电池模组，以解决上述现有技术中存在的问题。
为了实现本发明的目的，本发明提供了一种新型锂离子动力电池模组设计方法，应用于铝壳方形电池模组，
电池单体之间设置有绝缘垫片，所述电池单体与所述绝缘垫片密封连接；
汇流排为薄而宽大面积结构，并且可在其表面上设置有不规则的形状，所述不规则的形状包括凸起和/翻边；
所述汇流排与电池单体的连接采用焊接方式，在产品批量化生产阶段，电池模组采用激光焊接方式，在产品前期开发试制阶段，电池模组采用电阻焊方式；
利用印刷电路板对电池系统进行监控的需要，包括用来采集电池单体的电压和温度，以便于判断各个电池单体的实时状态及健康状况；
在电池模组内预留加热器件的安装位置和线束接口；
所述电池模组的制作材料为轻质材料。
进一步地，所述印刷电路板使用贴片元件。
进一步地，所述电池模组外框架将其所有电池单体紧紧地箍成一个整体。
相应地，本发明还提供了一种电池模组，其应用上述的任一项电池模组设计方法进行设计。
本发明，与现有技术相比具有如下优势：
1.提高电池模组的重量比能量密度和体积比能量密度；
2.提高电池模组的环境适应能力和可靠性；
3.增加电池模组的通用性并改善电池系统的装配工艺性。
附图说明
图1是本发明实施例中电池单体布置方式示意图；
图2是本发明实施例中汇流排结构示意图；
图3是本发明实施例中印刷电路板结构示意图；
图4是本发明实施例中电池模组外形示意图；
图5是本发明实施例中电池模组分解示意图。
具体实施方式
为了使本发明的目的、技术方案及有益效果更加清楚明白，以下结合实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解为此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限制本发明的保护范围。
本发明提供了一种新型锂离子动力电池模组设计方法，应用于铝壳方形电池模组，
电池单体之间设置有绝缘垫片，所述电池单体与所述绝缘垫片密封连接；
如图1所示，电池单体之间尽量保持紧密接触，即电池单体之间除必要的绝缘垫片之外，不再预留间隙，采用此种布置方式，将会对电池单体在使用过程中的体积膨胀现象进行有效的控制，即通过外力作用阻止电池单体产生鼓胀。试验证实，此种方式可以提高电池单体寿命，预计提高比例在10％～20％。
汇流排为薄而宽大面积结构，并且其表面上设置有不规则的形状，所述不规则的形状包括凸起和/翻边；
如图2所示，汇流排的横截面积在满足导电性能要求(约为3～5A/mm2)的前提下，应尽量保证其具有较大的表面积。在电池模组工作过程中，汇流排由于通过大电流的原因，其温度通常会高于电池单体，一般会高出4～8℃。因此，汇流排的散热状态好坏往往关系到电池模组的整体性能。为提高电池模组的散热性能，汇流排的结构形状可以尽量做到薄而宽大，并且可以采用不规则的形状(如拱形凸起、翻边等)来增加其表面积，如图2所示。这样，在有强制空气对流的情况下，可以更快地带走汇流排在工作过程中所产生的热量，以便于电池更多时间工作在最佳温度范围，从而改善电池单体性能表现并提高其寿命；
所述汇流排与电池单体的连接采用焊接方式，在产品批量化生产阶段，电池模组采用激光焊接方式，在产品前期开发试制阶段，电池模组采用电阻焊方式；
鉴于螺栓连接方式的缺陷，汇流排与电池单体的连接应尽量选择焊接方式，并选择最合理的焊接工艺。激光焊接效率较高，焊接可靠，焊接处的过电流能力较强，但是焊接设备较贵，实现自动化焊接需要较大投入。电阻焊设备比较容易获得，但是焊接效率不及激光焊接，且由于焊点数量限制，其焊接可靠性与激光焊接相比较低。因此，根据不同的应用情况，批量化生产的电池模组较适合采用激光焊接方式，而在产品的前期开发试制阶段，采用电阻焊方式则更为合理。
利用印刷电路板对电池系统进行监控的需要，包括用来采集电池单体的电压和温度，以便于判断各个电池单体的实时状态及健康状况；
如图3所示，电池模组内部如采用线束，不可避免需要预留线束空间与固定装置。如果使用印刷电路板(PCB)代替线束，将大大提高空间利用率，并简化电池模组装配工艺，提高电池模组可靠性。印刷电路板(PCB)上可以非常方便地安排线路走向及接口位置，并可方便实现电压和温度的采集。如果在印刷电路板(PCB)上集成相关芯片，还可以实现信号的初步处理功能。在印刷电路板(PCB)的设计过程中，应尽量选择贴片元件，以降低其整体高度，并便于其绝缘防护的实现。
在电池模组内预留加热器件的安装位置和线束接口；
由于环境的差异性，电动车辆可能运行在较为寒冷的气候中，这对于电池性能的发挥是非常不利的。针对这种情况，在电池模组设计过程中需要为其预留加热器件的安装位置和线束接口，以方便电池模组应对不同环境要求，并保护电池避免运行在恶劣环境中，延长电池寿命。
所述电池模组的制作材料为轻质材料。
电池模组由于其使用特点，需要满足包括振动、冲击、碰撞、温度变化、湿度变化、盐雾等内容。电池模组的设计在满足相关环境要求的情况下，还应当尽量使用轻质材料，以实现电池模组重量的降低，以提高能量密度。如图4、图5所示，提供了一种电池模组的结构组成，此模组的外框架将12只电池单体紧紧地箍成一个整体，并且连接电池单体的汇流排也增加了模组的整体强度，从而保证此模组能够通过严苛的环境适应性测试。
电池模组内部的印刷电路板接口设计需要满足模组在不同安装位置下的要求，即电池模组在不同的安装状态下均可实现外部线束的方便连接；
按照本专利中所描述的方法进行电池模组设计开发，在电池单体能量密度保持不变的情况下，可以比较显著地提高电池模组的重量比能量密度和体积比能量密度，因此，也将明显提高电池系统的整体能量密度，对电动车辆的开发具有重要意义。并且，按照此方法开发的电池模组具备良好的装配工艺性和互换性，使电池系统的装配工艺性得到改善，生产效率得到提高。
以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。

Claims (4)

1.一种新型锂离子动力电池模组设计方法，应用于铝壳方形电池模组，其特征在于，
电池单体之间设置有绝缘垫片，所述电池单体与所述绝缘垫片密封连接；
汇流排为薄而宽大面积结构，并且可在其表面上设置有不规则的形状，所述不规则的形状包括凸起和/翻边；
所述汇流排与电池单体的连接采用焊接方式，在产品批量化生产阶段，电池模组采用激光焊接方式，在产品前期开发试制阶段，电池模组采用电阻焊方式；
利用印刷电路板对电池系统进行监控的需要，包括用来采集电池单体的电压和温度，以便于判断各个电池单体的实时状态及健康状况；
在电池模组内预留加热器件的安装位置和线束接口；
所述电池模组的制作材料为轻质材料。
2.根据权利要求1所述的新型锂离子动力电池模组设计方法，其特征在于，所述印刷电路板使用贴片元件。
3.根据权利要求1所述的新型锂离子动力电池模组设计方法，其特征在于，所述电池模组外框架将其所有电池单体紧紧地箍成一个整体。
4.一种电池模组，其特征在于，其应用如权利要求1-3中任一项所述电池模组设计方法进行设计。
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