CN104124411A - 一种电动车用软包锂离子电池模块 - Google Patents
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Abstract
一种电动车用锂离子电池模块，所述模块包括软包锂离子电池单元、底板、上盖、紧固螺栓；所述软包锂离子电池单元包括软包锂离子电池、散热板，所述散热板基本呈矩形结构，由至少一个基本呈矩形的盒体构成，所述盒体的3个侧面端部各延设有一卡槽；所述软包锂离子电池设置在所述散热板的盒体中，整体构成软包锂离子电池单元；至少两个软包锂离子电池单元沿竖直方向叠置通过紧固螺栓固定安装在底板与上盖之间，构成软包锂离子电池模块。电池单元可以灵活地扩展，便于布置。相邻散热板的卡槽形成风道，利于电池的散热。本发明提供的一种软包锂离子电池模块，结构紧凑，维修方便，扩展容易；对电池具有保护作用，电气连接方便；电池单体相互隔离，散热性能好。对提高电动汽车锂电池组使用寿命和能量密度具有显著的作用。适于工业化生产。
Description
技术领域
本发明涉及一种锂离子电池模块，特别是涉及一种电动车用软包锂离子电池模块。属于软包锂离子电池制备技术领域。
背景技术
发展节能和新能源汽车已经成为我国能源战略的必然选择。在我国，电动车辆以前常采用铅酸电池作为动力电池，但是铅酸电池能量密度低，而且会对环境带来负面影响，使得厂家必须另找替代。锂离子电池因为具有更高的能量密度，成为电动车辆的首选。
我国锂离子电池的生产历史并不短，但是生产专门用于电动车辆的软包锂离子电池则是近几年才刚开始。软包锂离子电池用于电动车辆需要利用模块化技术，将电池单体组合成合适的模块提供给电动车辆生产厂家。但锂离子动力电池在电动汽车上模块化应用时，由于连接方式、一致性、环境温度差异等因素的影响，动力电池模块比能量、比功率等参数达不到单体水平，使用寿命较单体电池缩短，导致系统使用和维护成本增加，成为制约电动车辆产业化发展和应用的瓶颈问题之一。提高电动车辆动力电源的寿命除提高电池自身技术外，还要从电池集成方法或者模块结构展开研究，使电池模块寿命接近或达到电池单体水平。
软包锂离子电池构成模块时，单体在空间状态主要有以下几种方案。方案一是直立，；方案二是侧立；方案三是平躺。其中方案三对电池的使用寿命最有利，但是安装与连接则会带来不便。软包锂离子电池构成模块的另一个主要问题是能量密度问题，目前国家对电动车辆电池模块能量密度提出的要求是达到140Wh/kg，目前一般的电池模块均达不到这一指标。
例如，专利文献CN103168387A公开了一种用于电动车辆的电池组。
该电池组的电池单体采用直立方案，单体之间有电绝缘和导热的中间板体。中间板体一直延伸至电池底部，在底部设置有导热层，导热层下面有散热层。电池产生的热量通过中间板体与导热层，在散热层将热量散发。该方案的散热结构相对来说比较复杂，制造成本较高，同时直立的方案对电池的使用寿命不利。
市场急需一种结构简单、能量密度高，又能够对电池起到很好保护作用的模块方案。
发明内容
本发明的目的就是要克服现有软包锂离子电池模块的不足，提供一种结构简单、能量密度高、方便维修的电动车用软包锂离子电池模块，提高电动车辆锂离子电池组的使用寿命。
本发明一种电动车用软包锂离子电池模块，所述模块包括软包锂离子电池单元、底板、上盖、紧固螺栓；所述软包锂离子电池单元包括软包锂离子电池、散热板，所述散热板基本呈矩形结构，由至少一个基本呈矩形的盒体构成，所述盒体的上端面及一条短边的侧面均呈开口状，其余三条边延伸出的盒体侧面与底面不垂直，形成底面小、顶面大的基本呈矩形的开口盒体结构，所述盒体的3个侧面端部各延设有一卡槽，所述卡槽的横截面基本呈矩形、底面开口，所述卡槽的开口方向与所述盒体的上端面开口方向相反；所述软包锂离子电池设置在所述散热板的盒体中，整体构成软包锂离子电池单元；所述散热板上设置有螺栓孔；
至少两个软包锂离子电池单元沿竖直方向叠置通过紧固螺栓穿装在设于散热板、底板、上盖上的螺栓孔中，将多个软包锂离子电池单元固定安装在底板与上盖之间，构成软包锂离子电池模块。
本发明一种电动车用软包锂离子电池模块，散热板的盒体的三条边延伸出的盒体侧面与底面呈80-85°或95-100°夹角；
本发明一种电动车用软包锂离子电池模块，所述软包锂离子电池模块中，处于上层的软包锂离子电池单元的盒体底面嵌入相邻下层软包锂离子电池单元的盒体中与设置于散热板盒体中的软包锂离子电池接触，通过紧固螺栓固定，使软包锂离子电池实现竖直方向定位。
本发明一种电动车用软包锂离子电池模块，所述软包锂离子电池模块中，与底板接触的软包锂离子电池单元的盒体三个侧面端部延设的卡槽与底板之间，分别沿盒体三个侧面形成三条通道，作为软包锂离子电池模块最下面一层的散热通道；相邻两软包锂离子电池单元之间，上层软包锂离子电池单元与下层软包锂离子电池单元的盒体三个侧面端部延设的卡槽之间，分别沿盒体三个侧面形成三条通道，作为相邻两软包锂离子电池单元中上层软包锂离子电池单元的散热通道。
本发明一种电动车用软包锂离子电池模块，散热板三条边延伸出的盒体的每一个侧面上设有至少2个与盒体内腔联通的散热通孔。
本发明一种电动车用软包锂离子电池模块，所述散热板由金属材料冲压成型，所述金属材料选自铝、铜、锌或其合金板。
本发明一种电动车用软包锂离子电池模块，所述软包锂离子电池单元之间通过导电片连接，实现并联或串联。
本发明一种电动车用软包锂离子电池模块，所述导电片分为端部导电片与中间导电片。
本发明一种电动车用软包锂离子电池模块，所述中间导电片为长方形，其上设有沿长方形轴线对称分布的两组通槽，每一组通槽中至少包含两个相互平行的长条形通槽。
本发明一种电动车用软包锂离子电池模块，所述端部导电片为长方形，沿长方形的长度方向均布有长条形通槽；所述端部导电片上设置的长条形通槽的数量与所述中间导电片上设置的长条形通槽数量相同；或
所述端部导电片上设置的长条形通槽的数量是所述中间导电片上设置的长条形通槽数量的一半。
本发明一种电动车用软包锂离子电池模块，端部导电片或中间导电片上的每一个长条形通槽的宽度比所述软包锂离子电池极耳厚度大0.5-1mm，相邻长条形通槽之间的间距为所述软包锂离子电池的厚度与散热片厚度之和。
本发明一种电动车用软包锂离子电池模块，在上盖与最上一层软包锂离子电池单元之间设有弹性垫；所述弹性垫用于调整施加在电池上的压紧力，给拧紧对穿螺栓的力提供依据；弹性垫还具有减振功能。
本发明采用上述结构，与现有技术相比，具有以下优点：
1、采用散热板三个侧面构成的盒体结构容置软包电池，利用了金属散热板本身强度较高的性能，对软包锂离子电池起到良好的保护作用，有利于延长电池的使用寿命，另外，软包电池在模块中处于平躺的状态，进一步提升软包电池的使用寿命。
2、同一散热板分别与相邻两个电池的一个表面实现贴合，配合散热板三个侧面端部的卡槽构成的散热通道，有利于电池的散热。
3、散热板采用金属冲压成型，使电池模块的可扩展性好，可以根据使用的要求对层单元电池个数以及模块层单元的层数进行灵活地调整，便于布置；特别是采用散热板侧面与底面呈一定角度，形成一定锥度的盒体结构，使相邻软包锂离子电池单元之间形成嵌装结构，一方面，实现软包锂离子电池实现竖直方向定位具；另一方面，软包锂离子电池单元之间紧密结合，使电池模块结构紧凑，比能量高，可达到138Wh/Kg。
4、利用上下层之间散热板三个侧面端部的卡槽结构，在软包锂离子电池三个侧面形成冷却风道，使模块具有良好的散热功能，有效提升了软包锂离子电池的使用寿命及软包电池模块工作的稳定性和可靠性。
5、采用端部导电片与中间导电片相结合的连接结构，导电片与极耳的连接可靠，电池之间可以方便的实现串、并联连接以构成电压、容量等参数满足要求的电池模块；且连接以横向连接为主，给维修时拆换电池带来便利，同时，导电片截面积损失小，可降低导电片厚度。
6、采用在软包锂离子电池单元与上盖或底板之间设置弹性垫的结构；可以方便的调整施加在电池上的压紧力，保证电池在理想的压力环境下工作，同时，弹性垫还具有减振功能，保证电池在颠簸、振动环境下工作的稳定可靠性。
本发明提供了一种软包锂离子电池模块方案，模块结构紧凑，散热效果好。既方便维修，又容易扩展；既能够对电池起到保护作用，又很好地实现了电气连接；既实现单体的隔离，又达到散热的要求。总之，本发明的软包锂离子电池模块可以有效提高电动车辆锂离子电池组的能量密度和使用寿命。
综上所述，本发明提供的一种软包锂离子电池模块，具有结构紧凑，维修方便，扩展容易；既能够对电池起到良好的保护作用，又很好地实现了电气连接；既实现单体的隔离，又达到散热的要求。对提高电动汽车锂电池组使用寿命和能量密度具有显著的作用。适于工业化生产。
附图说明
附图1为本发明软包锂离子电池模块组成结构爆炸示意图；
附图2为本发明实施例1构成的4×4模块电连接图；
附图3为本发明实施例1构成的4×20模块电连接图；
附图4为本发明的中间导电连接片结构示意图；
附图5为本发明的一种端部导电连接片结构示意图；
附图6为本发明的另一种端部导电连接片结构示意图；
图中：1-电池；2-散热板；3-上盖；4-底板；5-弹性垫；6-端部导电片；7-中间导电片；8-盒体；9-卡槽；11-散热通孔；22-螺栓孔；24-螺栓。
具体实施方式
下面结合附图对本发明的实施方式作进一步描述。
实施例1
参见附图1、2、4、5、6，本发明一种软包锂离子电池模块，所述模块包括软包锂离子电池单元、底板4、上盖3、紧固螺栓；所述软包锂离子电池单元包括软包锂离子电池1、散热板2，所述散热板2基本呈矩形结构，由两个基本呈矩形的盒体8构成，所述盒体8的上端面及一条短边的侧面均呈开口状，其余三条边延伸出的盒体侧面与底面不垂直，形成底面小、顶面大的基本呈矩形的开口盒体结构，所述盒体8的3个侧面端部各延设有一卡槽9，所述卡槽9的横截面基本呈矩形、底面开口，所述卡槽9的开口方向与所述盒体8的上端面开口方向相反；所述软包锂离子电池1设置在所述散热板2的盒体8中，整体构成软包锂离子电池单元；所述散热板2上设置有螺栓孔22；
两个软包锂离子电池单元沿竖直方向叠置通过紧固螺栓24穿装在设于散热板2、底板4、上盖3上的螺栓孔22中，将两个软包锂离子电池单元固定安装在底板4与上盖3之间，构成软包锂离子电池模块；
本实施例中：
散热板2的盒体的三条边延伸出的盒体侧面与底面呈80-85°或95-100°夹角；
所述软包锂离子电池模块中，处于上层的软包锂离子电池单元的盒体8底面嵌入相邻下层软包锂离子电池单元的盒体8中与设置于散热板2盒体8中的软包锂离子电池1接触，通过紧固螺栓24固定，使软包锂离子电池实现竖直方向定位；
所述软包锂离子电池模块中，与底板4接触的软包锂离子电池单元的盒体8三个侧面端部延设的卡槽9与底板4之间，分别沿盒体8三个侧面形成三条通道，作为软包锂离子电池模块最下面一层的散热通道；相邻两软包锂离子电池单元之间，上层软包锂离子电池单元与下层软包锂离子电池单元的盒体8三个侧面端部延设的卡槽9之间，分别沿盒体三个侧面形成三条通道，作为相邻两软包锂离子电池单元中上层软包锂离子电池单元的散热通道。
散热板三条边延伸出的盒体8的每一个侧面上设有多个与盒体8内腔联通的散热通孔11；
所述散热板2由铝板冲压成型；
所述软包锂离子电池单元之间通过导电片连接，实现串联；所述导电片分为端部导电片与中间导电片；
所述中间导电片7为长方形，其上设有沿长方形轴线对称分布的两组通槽，每一组通槽中有两个相互平行的长条形通槽12；
所述端部导电片6为长方形，沿长方形的长度方向均布有长条形通槽12；所述端部导电片6上设置的长条形通槽12的数量与所述中间导电片7上设置的长条形通槽数量相同；端部导电片6或中间导电片7上的每一个长条形通槽12的宽度比所述软包锂离子电池1的极耳厚度大0.5-1mm，相邻长条形通槽12之间的间距为所述软包锂离子电池1的厚度与散热片2厚度之和。
在上盖3与最上一层软包锂离子电池单元之间设有弹性垫5；所述弹性垫5用于调整施加在电池上的压紧力，给拧紧对穿螺栓的力提供依据；弹性垫还具有减振功能。
实施例2
参见附图3、4、5、6，本实施例为本发明构成的4×20软包锂离子电池模块，与实施例1的区别在于：
本实施例的软包锂离子电池模块由20层软包锂离子电池层单元构成，每一层软包锂离子电池层单元中有4块软包锂离子电池，通过端部导电片6、中间导电片7，实现串联连接，最终构成72V40Ah软包锂离子电池模块；
所述中间导电片7为长方形，其上设有沿长方形轴线对称分布的两组通槽，每一组通槽中有4个相互平行的长条形通槽12；
所述端部导电片6为长方形，沿长方形的长度方向均布有长条形通槽12；
多层软包锂离子电池单元之间通过导电片连接，实现串联，构成一个软包锂离子电池单元组；
所述端部导电片6分为端部导电片6与端部导电片6a，端部导电片6b用于软包锂离子电池模块中的总正极或总负极的连接，端部导电片6a用于连接相邻的软包锂离子电池单元组；
本实施例中，所述端部导电片6a上设置的长条形通槽12的数量与所述中间导电片7上设置的长条形通槽数量相同；所述端部导电片6上设置的长条形通槽12的数量是所述中间导电片7上设置的长条形通槽12数量的一半。
端部导电片6或中间导电片7上的每一个长条形通槽12的宽度比所述软包锂离子电池1的极耳厚度大0.5-1mm，相邻长条形通槽12之间的间距为所述软包锂离子电池1的厚度与散热片2厚度之和。
本发明的工作原理简述于下：
本发明软包锂离子电池层单元可以横向进行扩展，也可以多层叠压实现厚度方向的扩展。
横向的扩展和层数的扩展可以根据实际情况的需要进行调整。主要考虑因素包括安装位置的空间限制；模块的机械结构强度；电池组容量对电池并联数量的要求等。
中间导电片7由铝片或铜片冲压而成，该导电片左右两侧各有四个1毫米左右高度的长条形通槽12，用于穿过极耳，电池的负极耳从通槽中穿入，焊接时极耳可以往上或往下翻折至与导电片接触，然后再进行焊接；该中间导电片可以根据需要进行扩展；本发明的导电片连接以横向连接为主，使导电片通电时，极耳高度方向与电流传导方向一致，导电片上挖出穿过极耳的通槽导致导电片最大导电横截面积的损失仅为缺口高度(1mm)与导电片厚度(0.5mm)的积(约0.5mm2)，若采用纵向连接方案，则是极耳厚度方向与电流传导方向一致，则最大导电横截面积的损失将为极耳高度(12mm)与导电片厚度的积(约6mm2)，导电截面积的损失大大增加。本发明所采用的电连接方案中导电片的连接主要是横向的连接，导电片的最大导电横截面积损失最小，选取导电片时截面积减小，降低了铝材或铜材的消耗。
端部导电片6由铝片或铜片冲压而成，该导电片用于电池模块在端部的导电连接；可实现将最左侧并联的四个电池正极并联起来，或者将最右侧并联的四个电池负极并联起来。该端部导电片6可以根据需要进行扩展，例如要实现将最左侧并联的N个电池正极并联起来，则应将导电片上下高度调整，在左右两侧各开N个1毫米左右高度的长条形通槽，用于穿过极耳。
端部导电片6a由铝片或铜片冲压而成，用于软包锂离子电池层单元组之间的串联，被串联的两个电池层单元组其电池的极耳极性顺序应该相反。
模块中散热板、顶板、底板对电池构成垂直方向的约束，装配好的模块对电池施加一定的压力。电池承受一定的压力使得电池在使用过程中不会发生水平面上的纵、横向位移，避免电池与边框发生碰撞而导致的损坏。
Claims (10)
1.一种电动车用软包锂离子电池模块，所述模块包括软包锂离子电池单元、底板、上盖、紧固螺栓；所述软包锂离子电池单元包括软包锂离子电池、散热板，其特征在于：所述散热板基本呈矩形结构，由至少一个基本呈矩形的盒体构成，所述盒体的上端面及一条短边的侧面均呈开口状，其余三条边延伸出的盒体侧面与底面不垂直，形成底面小、顶面大的基本呈矩形的开口盒体结构，所述盒体的3个侧面端部各延设有一卡槽，所述卡槽的横截面基本呈矩形、底面开口，所述卡槽的开口方向与所述盒体的上端面开口方向相反；所述软包锂离子电池设置在所述散热板的盒体中，整体构成软包锂离子电池单元；所述散热板上设置有螺栓孔；
至少两个软包锂离子电池单元沿竖直方向叠置通过紧固螺栓穿装在设于散热板、底板、上盖上的螺栓孔中，将多个软包锂离子电池单元固定安装在底板与上盖之间，构成软包锂离子电池模块。
2.根据权利要求1所述的一种电动车用软包锂离子电池模块，其特征在于：散热板的盒体的三条边延伸出的盒体侧面与底面呈87-89°或91-93°夹角。
3.根据权利要求1所述的一种电动车用软包锂离子电池模块，其特征在于：所述软包锂离子电池模块中，处于上层的软包锂离子电池单元的盒体底面嵌入相邻下层软包锂离子电池单元的盒体中与设置于散热板盒体中的软包锂离子电池接触，通过紧固螺栓固定，使软包锂离子电池实现竖直方向定位。
4.根据权利要求1所述的一种电动车用软包锂离子电池模块，其特征在于：散热板三条边延伸出的盒体的每一个侧面上设有至少2个与盒体内腔联通的散热通孔。
5.根据权利要求1所述的一种电动车用软包锂离子电池模块，其特征在于：所述散热板由金属材料冲压成型，所述金属材料选自铝、铜、锌或其合金板。
6.根据权利要求1所述的一种电动车用软包锂离子电池模块，其特征在于：所述软包锂离子电池单元之间通过导电片连接，实现并联或串联；所述导电片分为端部导电片与中间导电片。
7.根据权利要求6所述的一种电动车用软包锂离子电池模块，其特征在于：所述中间导电片为长方形，其上设有沿长方形轴线对称分布的两组通槽，每一组通槽中至少包含两个相互平行的长条形通槽；
所述端部导电片为长方形，沿长方形的长度方向均布有长条形通槽；所述端部导电片上设置的长条形通槽的数量与所述中间导电片上设置的长条形通槽数量相同；或
所述端部导电片上设置的长条形通槽的数量是所述中间导电片上设置的长条形通槽数量的一半。
8.根据权利要求7所述的一种电动车用软包锂离子电池模块，其特征在于：端部导电片或中间导电片上的每一个长条形通槽的宽度比所述软包锂离子电池极耳厚度大0.5-1mm，相邻长条形通槽之间的间距为所述软包锂离子电池的厚度与散热片厚度之和。
9.根据权利要求1所述的一种电动车用软包锂离子电池模块，其特征在于：在上盖与最上一层软包锂离子电池单元之间设有弹性垫。
10.根据权利要求1-9任意一项所述的一种电动车用软包锂离子电池模块，其特征在于：所述软包锂离子电池模块中，与底板接触的软包锂离子电池单元的盒体三个侧面端部延设的卡槽与底板之间，分别沿盒体三个侧面形成三条通道，作为软包锂离子电池模块最下面一层的散热通道；相邻两软包锂离子电池单元之间，上层软包锂离子电池单元与下层软包锂离子电池单元的盒体三个侧面端部延设的卡槽之间，分别沿盒体三个侧面形成三条通道，作为相邻两软包锂离子电池单元中上层软包锂离子电池单元的散热通道。
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