CN105024022A - 一种层式软包锂离子电池模块及其电池组 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种层式软包锂离子电池模块及其电池组。该层式软包锂离子电池模块包含多个基本单元，其中基本单元包括软包锂离子动力电池、外框、散热板、弹性减振垫等部分。由多个上述的层式软包锂离子电池模块基于期望的容量堆叠而成的电池组，通过导电片连接，实现各个电池模块间的并联或是串联。单层模块由多个基本单元扩展而成，每个单层模块的基本单元数可根据各种客观条件的需要进行调整。所述电池组可以根据车辆提供的空间进行灵活地扩展，便于布置。通过本发明软包锂离子电池模块实现电连接的元件明显减少，而且便于扩展。

Description

一种层式软包锂离子电池模块及其电池组

技术领域

本发明涉及一种锂离子电池模块，特别是涉及一种由软包锂离子电池构成的层式电池模块及其电池组。

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，根据发展规划，当前重点是推进纯电动汽车和插电式混合动力汽车产业化。在我国，电动汽车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；混合动力汽车以前常采用镍氢电池，但是镍氢电池能量密度偏低，不适合用于插电式混合动力汽车。锂离子电池因为具有更高的能量密度，成为纯电动汽车和插电式混合动力汽车的首选。

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汽车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汽车首先需要利用模块化技术，将电池单体组合成合适的模块，然后组装成为电池组/箱。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。提高电动汽车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，这已经成为电动汽车行业的共识。

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，该方案便于组装和连接，通用汽车VOLT即采用了此方案；方案二是侧立，该方案在高度上占用空间小，便于布置，韩国LG公司采用了此方案；方案三是平躺，该方案对电池的使用寿命最有利，但是安装与连接则会带来不便。

例如，专利文献200680016005.7公开了一种用于中型或大型电池组的电池模块。

该模块包含多个通常为板形的单元电池，当该单元电池排列于模组盒以便构成至少二列及二行时，该单元电池相互电性连接。根据该发明电池模块的整合性大为提高，尤其该电池模块垂直方向的机械强度进一步提升，且该单元电池间电性连接必要连接元件的数量减少。该专利针对的是正、负两个极耳从同一端伸出的电池。一端出极耳的电池在充放电倍率，可靠性等方面稍逊于两端出极耳的电池。而且该模块结构优选是4个电池构成的2×2模块，用最少的连接元件实现4个电池的串联。模块之间进行的连接需要另外的元件实现，整体的一致性稍差。

市场急需一种结构简单、易于扩展、方便维修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电池模块的不足，提供结构简单、易于扩展、方便维修又对电池起到良好保护的模块方案，提高电动汽车锂离子电池组的使用寿命。

为解决以上技术问题，本发明所采用的技术方案是：一种层式软包锂离子电池模块，包含多个基本单元，其中基本单元包括软包锂离子动力电池、外框、散热板、弹性减振垫等部分。其中外框由绝缘材料铸造而成，散热板嵌入框架之中，弹性减振垫置于散热板之上，散热板与外框及减振垫构成凹陷的空间，电池平躺在此空间内。

所述软包锂离子电池为两端出极耳，一端出正极，另一端出负极，且相邻两个软包锂离子电池极性相互交错分布。

所述散热板与外框及弹性减振垫构成凹陷的空间对平板形状的锂离子电池起到定位与限位的作用；减振垫由橡胶材料制成，可以明显衰减从车体传来的振动，对电池起到保护作用，有利于延长电池的使用寿命；框架是非金属材料铸造而成，在框架铸造时将散热板直接嵌入；所述散热板由整块金属板冲压而成，且可以根据散热的需要进行厚度的调整。

电池串联时是将横向相邻的两个电池进行连接，相邻的两个电池一端需要连接在一起，其另一端则需要隔开以免短路，为此电池极耳处的外框相应位置有凸起，将可能发生短路的两个电池的极耳隔开，减少在装配、连接、维修时出现短路的可能。

所述外框四周及凸起处设置有安装定位孔，方便模块叠加时固定。

一种软包锂离子电池组，由多个上述的层式软包锂离子电池模块基于期望的容量堆叠而成，通过导电片连接，实现各个电池模块间的并联或是串联。单层模块由多个基本单元扩展而成，每个单层模块的基本单元数可根据各种客观条件的需要进行调整。

所述电池组共有M层，每层N个电池；在进行电连接时若要K个电池单体并联，则将K个层式模块上电池的极性按相同规律布置，并联时将这K层模块在层叠方向上相同位置的电池极耳通过导电片连接即可；若要进行串联，则是通过将横向相邻电池的极耳进行连接来实现；其中，M，N≥2，且M为K的整数倍。

所述电池组还包括有一顶板和底板，所述底板用于代替电池组最底层电池模块外框的部分功能；所述顶板和底板分别设置有定位安装孔，所述底板还设置有安装座，用于固定整个电池组。

本发明提供了一种平躺的软包锂离子电池模块及其电池组方案，模块结构大胆创新，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对提高电动汽车锂电池使用寿命具有显著的作用。

附图说明

图1为本发明电池模块的电池基本单元分解结构示意图；

图2为本发明单层电池模块分解结构示意图

图3为本发明电池模块边框的结构示意图；

图4为本发明电池模块散热板的结构示意图

图5为本发明电池模块的组成结构示意图；

图6为本发明电池组顶板结构示意图；

图7为本发明电池组底板结构示意图；

图8为本发明4×8电池组示意图；

图9为本发明4×8电池组电连接示意图；

图10为本发明电池组中间导电片结构示意图；

图11为本发明电池组端部导电片结构示意图；

图12为本发明86V40Ah电池组结构图；

图13为本发明电池箱内布置效果图；

图14为本发明86V40Ah电池组另一优选方案结构示意图；

图15为本发明75V50Ah电池组结构示意图。

在图中：

1-软包锂离子电池；2-弹性减振垫；3-散热板；4-外框；5-顶板；6-底板；11-极耳；41-凸起；42-安装定位孔；61-安装座。

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。

参照附图1所示，一种层式软包锂离子电池模块，由横向并列的多个板状基本单元构成，其中所述板状基本单元包括软包锂离子电池1、外框4、散热板3、弹性减振垫2等部分。其中外框4由绝缘材料铸造而成，散热板3嵌入外框4之中，弹性减振垫2置于散热板3之上，散热板3与外框4及弹性减振垫2构成凹陷的空间，电池1平躺在此空间内。所述板状基本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。

外框4可以容易地实现横向扩展。例如扩展成可以横向并排放置八个基本单元时，其外框4见附图3，散热板3见附图4。散热板3由整块金属板冲压而成，形成多个容纳电池1的凹坑。利用该外框与散热板以及相应数量的电池1、减振垫2可以得到如附图5所示的单层模块。此单层模块然后可以进行层数的扩展。例如四层这样的单层模块加上如图6所示的顶板和如图7所示的底板可以扩展成如图8的4×8电池组。横向的扩展和层数的扩展可以根据实际的需要进行调整。

以3.6V、10Ah电池单体为例，若要得到40Ah电池组则需要对四个电池进行并联。电池布置时，正负顺序交错排列。连接时最左侧的四个同极性(假设为正)极耳并联焊接在同一块端部导电片(如图11所示)上。最左侧电池的负极与正极被凸起部开，起到避免短路的作用。最左侧电池的负极与左起第二组电池的正极通过中间导电片(如图10所示)连接在一起实现两组电池的串联。4×8模块可以方便地按照附图9所示的连接方式进行串联连接得到28.8V、40Ah电池组。

模块中减振垫2、散热板3、顶板5、底板6对电池1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。减振垫由橡胶制品制造而成，该压力使得减振垫产生微小的压缩变形。电池承受一定的压力使得电池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。电池平躺在减振垫上，从地面传来的垂直方向的振动经过减振垫显著衰减，对电池起到良好的保护作用。

导电片连接时，极耳宽度方向与电流传导方向一致，导电片上挖出极耳穿孔导致导电片最大导电横截面积的损失仅为极耳厚度与导电片厚度的积(约1mm²)，若采用的连接方案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宽度与导电片厚度的积(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，降低了铜材的消耗。

4×8电池组可以根据电池安装位置在高度方向的尺寸继续扩展，例如3个4×8电池组构成的大型电池组如图12所示，得到86V、40Ah电池组。这样的电池组大小、重量适中，使用起来方便。这样的电池组正负两极分别在左下角和右上角，如果在组装过程中将所有电池正负极位置调换，则可以得到正极在右上角，负极在左下角的86V、40Ah电池组。这两种模块相对布置实现模块之间串联连接时需要的电连接件尺寸最小。例如在电池箱中建议采用图13所示的电池组布置方案，可以用最短的电连接片得到344V、40Ah的电池组。

本发明的一个优势是可以按照实际的需要进行模块设计，假如上面所述的电池组长度过长，而高度方向尚有空间，可以考虑采用单层放置6个电池单元的方案。如图14所示，单层放置6个电池，四层所构成的4×6电池组可以得到21.6V、40Ah电池组，四个这样的电池组再叠加也可以构成86V、40Ah的电池组。

又假如实车需要电池组的容量为50Ah，则可以考虑采用如图15所示的方案，该方案单层由7个电池单元构成，7个电池依次串联，5个单层模块并联构成的5×7电池组容量为25V、50Ah，三个这样的5×7小型电池组叠加构成75V、50Ah较大型的电池组。

总之，本发明提供了一种很方便扩展的层式软包锂离子电池模块方案，而且方案综合考虑了电池的散热，减振等要求。

综上所述的本发明具体实施例仅为本发明优选的实施方式，并非用于限定本发明保护范围的限制。因此，任何在本发明的技术特征之内所作的改变、修饰、替代、组合或简化，均应为等效的置换方式，都包含在本发明的保护范围之内。

Claims (9)

1.一种层式软包锂离子电池模块，包含多个基本单元，其特征在于，所述基本单元包括软包锂离子电池(1)、弹性减振垫(2)、散热板(3)以及外框(4)；

其中，所述外框(4)由绝缘材料制成，所述散热板(3)嵌入外框(4)之中，弹性减振垫(2)置于散热板(3)之上；

所述散热板(3)与外框(4)及弹性减振垫(2)构成凹陷的空间，所述软包锂离子电池(1)平躺放置在此空间内。

所述软包锂离子电池(1)为两端出极耳(11)，一端出正极，另一端出负极，且相邻两个软包锂离子电池(1)极性相互交错分布。

2.根据权利要求1所述的一种层式软包锂离子电池模块，其特征在于，所述散热板(3)由整块金属板冲压而成，且可以根据散热的需要进行厚度的调整。

3.根据权利要求1所述的一种层式软包锂离子电池模块，其特征在于，所述弹性减振垫(2)是由橡胶材料制成，可以衰减外部传来的振动，对电池起到保护作用。

4.根据权利要求1所述的一种层式软包锂离子电池模块，其特征在于，所述软包锂离子电池(1)极耳处的外框(4)相应位置有凸起(41)，将可能发生短路的相邻两个电池的极耳隔开，减少在装配、连接、维修时出现短路的可能。

5.根据权利要求4所述的一种层式软包锂离子电池模块，其特征在于，所述外框(4)四周及凸起处设置有安装定位孔(42)。

6.一种软包锂离子电池组，其特征在于，由多个如权利要求1-5中任意一项所述的层式软包锂离子电池模块堆叠而成，通过导电片连接，实现各个电池模块间的并联或是串联。

7.根据权利要求6所述的一种软包锂离子电池组，其特征在于，所述电池组共有M层，每层N个电池；在进行电连接时若要K个电池单体并联，则将K个层式模块上电池的极性按相同规律布置，并联时将这K层模块在层叠方向上相同位置的电池极耳(11)通过导电片连接即可；若要进行串联，则是通过将横向相邻电池的极耳(11)进行连接来实现；其中，M，N≥2，且M为K的整数倍。

8.根据权利要求7所述的一种软包锂离子电池组，其特征在于，所述电池组还包括有一顶板(5)和底板(6)，所述底板(6)用于代替电池组最底层电池模块外框(4)的部分功能。

9.根据权利要求7所述的一种软包锂离子电池组，其特征在于，所述顶板(5)和底板(6)分别设置有定位安装孔，所述底板还设置有安装座(61)，用于固定整个电池组。