CN105226320B - 一种锂电池的单电芯结构及电芯组及电芯模组 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种锂电池的单电芯结构及电芯组及电芯模组一种锂电池的单电芯结构，单电芯结构具体为金属托盘将电芯包覆，转接金属块与绝缘装置之间具有间隙并相对于绝缘装置可浮动安装；电芯组结构具体安装顺序为：正极侧压板‑若干单电芯‑中间压板‑若干单电芯‑负极侧压板；电芯模组结构为若干电芯组之间通过连接铜排连接，模组保护盖盖设于若干电芯组的顶部；本发明实现了电芯厚度尺寸的一致性控制和预压力控制；并且对于不同的电芯厚度，只需要更换少量零件即可实现安装，提升制造和装配的灵活度；设计了连接系统，利用软包电芯极耳的特点，实现转接铝块的浮动安装，通过连接工艺控制接触电阻，确保现场更换的连接质量。

Description

一种锂电池的单电芯结构及电芯组及电芯模组

技术领域

本发明涉及一种锂电池的技术领域，尤其涉及一种锂电池的单电芯结构及电芯组及电芯模组。

背景技术

软包叠片型锂电池在存储和使用过程中，会发生变形、涨气等问题，如果不对外形进行控制，电芯内部隔膜间隙将增大，导致电芯的内阻增加，将影响电芯的一致性及使用寿命。对于电芯涨气及变形等问题，传统PACK技术采用将多片电芯叠起，整体施加预压力的方式。为了尽可能降低电芯串并联时的连接电阻，通常采用焊接工艺，将需要串并联的电芯极耳焊接在整体金属连接块上。

将多片电芯叠起，整体施加预压力的方式，并不能对每片软包电芯的尺寸进行一致性控制。电芯之间的热量并不能很好的导出和散发。多个极耳焊接在整体金属块的方式，一旦某个电芯出现问题，有两种维护的方式：一、更换电芯，模组维修后继续使用；二、不更换电芯，模组报废。如果要更换电芯，需要将故障电芯拆除，更换合格的电芯。由于采用焊接方式，金属连接块是一个整体，更换过程涉及到专业焊接工具，并需要对整个模组进行操作，无法在工程现场完成。需要对模块整体进行运输及维护，由于锂电池模块属于危险品，整体运输维护成本高、维护周期长。金属连接块已经经过一次焊接，表面有刮伤破损，必然影响更换新电芯时的焊接质量。

一个锂电池模块通常有十几到几十片锂电池电芯，模块的故障概率远远大于单片电芯的故障概率，如果电芯不进行更换，将导致剩余的好的电芯不可使用，造成资源浪费。

发明内容

有鉴于此，本发明提出一种锂电池的单电芯结构及电芯组及电芯模组，以解决软包电池电芯的预压力控制和厚度尺寸一致性控制，同时实现电芯的可更换，以及更换时的连接保持低接触电阻，同时实现传导散热且使电芯表面温度均匀的问题。

为达到上述目的，本发明的技术方案是这样实现的：

一种锂电池的单电芯结构，包括电芯和金属托盘，其中，

所述电芯为片状电芯，所述电芯顶部具有两个极耳，每一所述极耳焊接一转接金属块；

所述金属托盘具有与所述电芯结构相匹配的安装空间，顶部可拆卸的卡接安装两个绝缘装置，所述金属托盘的四个角上各具有一侧耳，所述侧耳中开孔；

所述电芯的所述转接金属块镶嵌于所述绝缘装置内，所述金属托盘将所述电芯包覆，所述转接金属块与所述绝缘装置之间具有间隙并相对于所述绝缘装置可浮动安装。

上述锂电池的单电芯结构，其中，所述金属托盘顶部具有两对卡接支架，所述卡接支架上开设有与所述绝缘装置两端结构相匹配的卡槽，所述转接金属块上开设螺纹孔。

上述锂电池的单电芯结构，其中，所述电芯外部套设一圈绝缘胶带，所述转接金属块的材质为铝。

还包括一种电芯组结构，包括若干所述单电芯、正极侧压板、负极侧压板、中间压板、四根螺栓、四个螺母和若干限位零件，其中，

所述电芯组的安装顺序为：正极侧压板-若干单电芯-中间压板-若干单电芯-负极侧压板；

四根所述螺栓贯穿所述正极侧压板、若干所述单电芯、所述中间压板和所述负极侧压板，并于所述负极侧压板的外部与所述螺母连接，每一所述单电芯的四个所述侧耳连接一个所述限位零件；

所述电芯组的底面安装一底面塑料件，侧面分别安装两个侧面塑料件，顶部通过若干螺钉固定两块短连接排和一块长连接排。

上述电芯组结构，其中，所述正极侧压板、所述中间压板和所述负极侧压板的顶部皆具有长条形凸起，对所述中间压板两侧的若干所述单电芯起到了绝缘隔离的作用。

上述电芯组结构，其中，每一所述正极侧压板的四个角的通孔处具有限位凸台，所述限位凸台的结构与所述限位零件的外形机构相匹配。

上述电芯组结构，其中，所述短连接排、所述长连接排上开设有长腰型孔，所述长腰型孔的位置与所述转接金属块上的螺纹孔位置相对应。

还包括一种电芯模组结构，包括若干所述电芯组、模组保护盖和连接铜排，其中，

若干所述电芯组之间通过所述连接铜排连接，所述模组保护盖盖设于若干所述电芯组的顶部。

上述电芯模组结构，其中，若干所述电芯组的所述短连接排和所述长连接排之间形成走线通道。

本发明由于采用了上述技术，产生的积极效果是：

(1)实现了电芯厚度尺寸的一致性控制和预压力控制。并且对于不同的电芯厚度，只需要更换少量零件即可实现安装，提升制造和装配的灵活度。

(2)实现了电芯的现场可更换，可维护。设计了连接系统，利用软包电芯极耳的特点，实现转接铝块的浮动安装，通过连接工艺控制接触电阻，确保现场更换的连接质量。

(3)实现了每片电芯的传导散热，提升了散热能力，并使电芯表面温度均匀，考虑模块的进一步扩展，为进一步扩展预留了走线通道，并且连接方便。

附图说明

构成本发明的一部分的附图用来提供对本发明的进一步理解，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。在附图中：

图1为本发明中单电芯的爆炸图；

图2为本发明中电芯的结构示意图；

图3为本发明中电芯与金属托盘的装配示意图；

图4为本发明中电芯组的一个视角的爆炸图；

图5为本发明中电芯组的另一个视角的爆炸图；

图6为本发明中电芯组的整体装配示意图；

图7为本发明中正极侧压板的部分放大图；

图8为本发明中电芯模组的结构示意图。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施例对本发明作进一步说明，但不作为本发明的限定。

实施例一

请结合图1至图8所示，本发明的一种锂电池的单电芯100结构，包括电芯1和金属托盘2，其中，

电芯1为片状电芯，电芯1顶部具有两个极耳8，每一极耳8焊接一转接金属块3；

金属托盘2具有与电芯1结构相匹配的安装空间5，顶部可拆卸的卡接安装两个绝缘装置4，金属托盘2的四个角上各具有一侧耳7，侧耳7中开孔9；

电芯1的转接金属块3镶嵌于绝缘装置4内，金属托盘2将电芯1包覆，转接金属块3与绝缘装置4之间具有间隙并相对于绝缘装置4可浮动安装。

本发明在上述基础上还具有以下实施方式，请继续参见图1至图8所示，

本发明的进一步实施例中，金属托盘2顶部具有两对卡接支架6，卡接支架6上开设有与绝缘装置4两端结构相匹配的卡槽，转接金属块3上开设螺纹孔31。

本发明的进一步实施例中，电芯1外部套设一圈绝缘胶带21，转接金属块3的材质为铝。

本实施例中还包括一种电芯组200结构，包括若干单电芯100、正极侧压板10、负极侧压板11、中间压板12、四根螺栓13、四个螺母14和若干限位零件15，其中，

电芯组200的安装顺序为：正极侧压板10-若干单电芯-中间压板12-若干单电芯-负极侧压板11；

四根螺栓13贯穿正极侧压板10、若干单电芯、中间压板12和负极侧压板11，并于负极侧压板11的外部与螺母14连接，每一单电芯100的四个侧耳7连接一个限位零件15；

电芯组200的底面安装一底面塑料件16，侧面分别安装两个侧面塑料件17，顶部通过若干螺钉20固定两块短连接排18和一块长连接排19。

本发明的进一步实施例中，正极侧压板10、中间压板12和负极侧压板11的顶部皆具有长条形凸起30，对中间压板12两侧的若干单电芯起到了绝缘隔离的作用。

本发明的进一步实施例中，每一正极侧压板10的四个角的通孔处具有限位凸台26，限位凸台26的结构与限位零件15的外形机构相匹配。

本发明的进一步实施例中，短连接排18、长连接排19上开设有长腰型孔32，长腰型孔32的位置与转接金属块3上的螺纹孔31位置相对应。

本实施例中还包括一种电芯模组300结构，包括若干电芯组200、模组保护盖27和连接铜排29，其中，

若干电芯组200之间通过连接铜排29连接，模组保护盖27盖设于若干电芯组200的顶部。

本发明的进一步实施例中，若干电芯组200的短连接排18和长连接排19之间形成走线通道28。

使用者可根据以下说明进一步的认识本发明的特性及功能，

将每片电芯1和一个金属托盘2按相对位置固定；金属托盘2进行表面绝缘处理，并且通过绝缘胶带23和电芯1表面紧密接触，既确保安全又实现电芯1传导散热及温度均匀性；在金属托盘2上有绝缘装置4；绝缘装置4卡入金属托盘2,可实现快速安装；每片电芯1的极耳8和一个转接金属块3焊接，转接金属块3上预制螺纹孔，转接金属块3进行电镀处理；转接金属块3卡入绝缘装置4，可实现快速安装,并且可在绝缘装置4内浮动。金属托盘2四个角外侧展开有四个侧耳7，每个侧耳7上开孔9；由金属托盘2叠加，叠加的金属托盘2之间形成固定的结构尺寸空间，对电芯1的厚度尺寸进行约束；

装有电芯1的金属托盘2叠加在一起后，由四根螺栓13穿过各金属托盘2侧耳7上的孔9,实现托盘的预定位；在相邻层金属托盘2的侧耳7之间穿有绝缘材质的限位零件15,实现金属托盘2的精定位。可更换不同高度的限位零件15,灵活调整金属托盘2之间的尺寸空间，以灵活适应电芯1的厚度尺寸；采用正极侧压板10、负极侧压板11、中间压板12给电芯1施加预压力；压板顶部有长条形凸起30，实现电芯组之间的绝缘隔离，并且防止误连接；

压板四角开孔以使螺栓13穿过，开孔处有凸台26，凸台26中设计凸起和凹陷结构，和限位零件15及金属托盘2的侧耳7配合实现金属托盘的精定位，并且防止电芯反装；螺栓13在压板穿出侧用螺母14锁紧，给各电芯1施加预压力；电芯1串并联采用连接金属排18、19，连接金属18、19排进行电镀处理，与转接金属块3表面镀层一致，确保搭接时的低接触电阻，从而控制温升；连接金属排18、19与转接金属块3采用螺接，由于转接金属块3在绝缘装置4内浮动安装，可消除累积公差造成的连接应力，从而在螺接时确保压紧力，确保低接触电阻，控制温升；

连接金属排18、19上开有长腰型孔32，与转接金属块3螺接时，可容纳金属块的位置公差；连接金属排18、19直接扩展为对外的正负极柱25、24，确保低接触电阻，控制温升；模块正负极在一侧，方便进一步扩展连接；模块中间为进一步扩展预留有走线通道28；模组预压完毕后，外部有开孔的塑料件16、17，确保模组外壳与外界设备的绝缘并对外散热。

单电芯安装过程：

约定电芯1极耳8向上，左正右负，面向操作者为正面，背向操作者为反面；电芯预装部件的安装过程：

1、电芯1三条侧边贴上绝缘胶带21；

2、将电芯1极耳8背面侧和转接金属块3焊接(转接金属块3镀铜再镀镍处理)，焊接时确保转接金属块3的相对位置；

3、将绝缘装置4从上往下卡入金属托盘2，托盘上粘贴绝缘胶带23；

4、将已经和极耳8焊接的转接金属块3从正面卡入托盘上的绝缘装置4；

5、将托盘上的绝缘胶带23表层撕下，将电芯1与金属托盘2贴合，贴合时保持极耳8不歪扭，使转接金属块3浮动在上部。

电芯组安装过程：

1、将四根螺栓13穿过正极侧压板10；

2、将四个限位零件15分别穿过四根螺栓13并且和正极侧压板10上的凸台26对齐；

3、将电芯100的四个侧耳7穿过四根螺栓13，侧耳7与限位零件15贴合对齐；

4、重复2、3过程共安装五组电芯100及配套的限位零件15；

5、安装中间压板12，注意与正极侧压板10的相对位置；

6、再反向安装五组电芯100和限位零件15；

7、安装负极侧压板11，在螺母14内涂螺钉紧固剂，锁紧螺母14；

8、在各转接金属块3的预制螺母14内涂螺钉紧固剂；

9、安装铜连接排18、19(连接排镀镍处理)；

10、将各转接金属块3和铜连接排18、19螺接；

11、安装侧面和底面塑料件16、17，成品如图6所示。

电芯模组安装过程：

将三个电芯组正负极极柱24、25用铜排互连29，电芯组对外可引出正负极接线端子，模组中间形成走线通道28，模组上部安装保护盖27，可进一步根据需求与BMU集成形成完整的电池包。

实施例二

在本实施例中，电芯组及模组的结构基本与实施例一中相同，不同之处在于，金属托盘2改为塑料托盘，将绝缘装置4和塑料托盘集结成一体结构，正极侧压板10和负极侧压板11采用金属的压板，金属压板和铜连接排进行绝缘处理，中间压板12采用塑料托盘，提高零件的通用率，金属压板设计为散热器结构，有利于散热，也能达到与实施例一相同的技术效果，因具体实施方式与实施例一相同，在此不赘述。

以上仅为本发明较佳的实施例，并非因此限制本发明的实施方式及保护范围，对于本领域技术人员而言，应当能够意识到凡运用本发明说明书及图示内容所作出的等同替换和显而易见的变化所得到的方案，均应当包含在本发明的保护范围内。

Claims (7)

1.一种锂电池的单电芯结构，包括电芯和金属托盘，其特征在于，

所述电芯为片状电芯，所述电芯顶部具有两个极耳，每一所述极耳焊接一转接金属块；

所述金属托盘具有与所述电芯结构相匹配的安装空间，顶部可拆卸的卡接安装两个绝缘装置，所述金属托盘的四个角上各具有一侧耳，所述侧耳中开孔；

所述电芯的所述转接金属块镶嵌于所述绝缘装置内，所述金属托盘将所述电芯包覆，所述转接金属块与所述绝缘装置之间具有间隙并相对于所述绝缘装置可浮动安装；

所述金属托盘顶部具有两对卡接支架，所述卡接支架上开设有与所述绝缘装置两端结构相匹配的卡槽，所述转接金属块上开设螺纹孔；

所述电芯外部套设一圈绝缘胶带，所述转接金属块的材质为铝。

2.一种电芯组结构，包括若干权利要求1中所述单电芯结构、正极侧压板、负极侧压板、中间压板、四根螺栓、四个螺母和若干限位零件，其特征在于，

所述电芯组结构的安装顺序为：正极侧压板-若干单电芯结构-中间压板-若干单电芯结构-负极侧压板；

四根所述螺栓贯穿所述正极侧压板、若干所述单电芯结构、所述中间压板和所述负极侧压板，并于所述负极侧压板的外部与所述螺母连接，每一所述单电芯结构的四个所述侧耳连接一个所述限位零件；

所述电芯组结构的底面安装一底面塑料件，侧面分别安装两个侧面塑料件，顶部通过若干螺钉固定两块短连接排和一块长连接排。

3.根据权利要求2所述的电芯组结构，其特征在于，所述正极侧压板、所述中间压板和所述负极侧压板的顶部皆具有长条形凸起，对所述中间压板两侧的若干所述单电芯结构起到了绝缘隔离的作用。

4.根据权利要求2所述的电芯组结构，其特征在于，每一所述正极侧压板的四个角的通孔处具有限位凸台，所述限位凸台的结构与所述限位零件的外形机构相匹配。

5.根据权利要求2所述的电芯组结构，其特征在于，所述短连接排、所述长连接排上开设有长腰型孔，所述长腰型孔的位置与所述转接金属块上的螺纹孔位置相对应。

6.一种电芯模组结构，包括若干权利要求2所述电芯组结构、模组保护盖和连接铜排，其特征在于，

若干所述电芯组结构之间通过所述连接铜排连接，所述模组保护盖盖设于若干所述电芯组结构的顶部。

7.根据权利要求6所述的电芯模组结构，其特征在于，若干所述电芯组结构的所述短连接排和所述长连接排之间形成走线通道。