CN105449131A - 电池组的围框结构 - Google Patents

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Abstract

本发明提供了一种电池组的围框结构，电池组由多个两正面涂有胶层的电池依次堆叠形成，所述电池组的围框结构包括：两个端板，分别位于电池组堆叠方向的两头；以及两个侧板，分别位于带有两端板的电池组的两侧，以形成围框结构；其中，对于对应焊接的一个端板的一端和一个侧板的一端，该侧板的该一端与该端板的该一端形成一可填充空间，该端板的该一端和该侧板的该一端焊接形成的焊缝位于该可填充空间内，且该端板在该一端和与其相邻的电池之间形成一隔离空间。本发明的电池组的围框结构能够减缓模组尺寸的浪费，且避免在焊接时与端板相邻的电池被焊缝的热量损伤。

Description

电池组的围框结构
技术领域
本发明涉及电池组技术领域，尤其涉及一种电池组的围框结构。
背景技术
随着现代社会对低碳环保的要求，动力电池有了越来越广泛的应用。在电动车和储能电站等领域应用的最显著特点是模块化组装，即由很多个电池组装成模组，再将多个模组串并联组装成电池包(PACK)。
图1为现有的电池组的围框结构焊接之前的俯视图，为了便于说明，示出电池组。图2为图1的圆圈部分的放大图。图3为图1的电池组的围框结构焊接之后的俯视图，为了便于说明，示出电池组。图4为图3的圆圈部分的放大图。在组装过程中，将两正面涂有胶层4的电池31依次堆叠，形成电池组3，其中，端板1位于电池组3的两头，侧板2位于电池组3的两侧面，端板1与侧板2将电池组3围起形成电池模组，为保证电池模组的抗震稳定性需要涂足够量的粘接胶再通过可加压夹具把电池模组尺寸调整到合格后进行焊接。平整的待焊接区经端板1和侧板2焊接熔融形成凸起的焊缝6(如图4所示)，因此焊缝6高出了端板1的外表面，浪费了难得的模组长度尺寸。特别是在电动车的应用中，要求模组具有抗震稳定性及端板的结构强度高、模组重量轻、模组尺寸小、耐腐蚀等特点。
目前端板采用铝合金制造，在满足抗震稳定性及结构强度要求的前提下，通常端板厚度少则有10mm，两块端板加起也有20mm厚，目前端板厚度多数约为15mm，势必浪费了可贵的尺寸空间。而其它材料的端板因为材料自身的缺陷并且受目前制造工艺的限制很少有应用。如无涂层的碳素钢，供应广泛、价格低廉，但耐腐蚀性能差。如不锈钢，耐腐蚀性能好，但价格较高。如镁合金，耐腐蚀性能好，质量轻，但价格较高。而镀锌板材，镀锌成为重要的碳素钢防腐方法，不仅仅是因为锌可在碳素钢表面形成致密的保护层，还因为锌具有阴极保护效果，当镀锌层轻度破损后，它仍能通过阴极保护作用来防止铁质母材腐蚀。其市场供应大、价格低廉、耐腐蚀性能好，相比较适宜作为端板材料。镀锌板的基材为碳素钢，其熔点约为1500℃，镀锌层熔点约为420℃，气化温度为906℃。
目前常用的模组围框结构的焊接方法为激光焊、非熔化极气体保护焊、熔化极气体保护焊等，而根据原理可知这些焊接方法的焊接温度远超过了镀锌层的熔点，促使大量的锌蒸发，从而导致各种焊接缺陷，并破坏了锌层的抗腐蚀功能，缩短了焊缝的服役寿命且有可能造成安全事故。另外产生的高温还有可能烫伤与端板相邻的电池、及电池表面绝缘膜，从而导致安全事故，目前采用工夹具降温的处理。
发明内容
鉴于背景技术中存在的问题，本发明的目的在于提供一种电池组的围框结构，其能减缓模组尺寸的浪费，且避免在焊接时与端板相邻的电池被焊缝的热量损伤。
为了实现上述目的，本发明提供了一种电池组的围框结构，电池组由多个两正面涂有胶层的电池依次堆叠形成，所述电池组的围框结构包括：两个端板，分别位于电池组堆叠方向的两头；以及两个侧板，分别位于带有两端板的电池组的两侧，以形成围框结构；其中，对于对应焊接的一个端板的一端和一个侧板的一端，该侧板的该一端与该端板的该一端形成一可填充空间，该端板的该一端和该侧板的该一端焊接形成的焊缝位于该可填充空间内，且该端板在该一端和与其相邻的电池之间形成一隔离空间。
本发明的有益效果如下：
在根据本发明的电池组的围框结构中，通过设置可填充空间，使端板和侧板焊接形成的焊缝位于可填充空间内，从而减缓了焊缝高出端板表面而浪费可贵的模组尺寸，同时，可填充空间增大了用于形成焊缝的焊料与端板和侧板的接触面积并改善熔合效果，提升焊接拉力。隔离空间在焊接时可以起到端板的该一端的焊缝和与其相邻的电池的热隔离作用，避免了与端板相邻的电池被焊缝的热量损伤。
附图说明
图1为现有的电池组的围框结构焊接之前的俯视图，为了便于说明，示出电池组；
图2为图1的圆圈部分的放大图；
图3为图1的电池组的围框结构焊接之后的俯视图，为了便于说明，示出电池组；
图4为图3的圆圈部分的放大图；
图5为根据本发明的电池组的围框结构的一实施例焊接之前的俯视图，为了便于说明，示出电池组；
图6为图5的圆圈部分的放大图；
图7为图5的电池组的围框结构焊接之后的俯视图，为了便于说明，示出电池组；
图8为图7的圆圈部分的放大图；
图9为根据本发明的电池组的围框结构的一实施例焊接之前的俯视图；
图10为图9的圆圈部分的放大图；
图11为图9的电池组的围框结构焊接之后的俯视图；
图12为图11的圆圈部分的放大图；
图13为根据本发明的电池组的围框结构的一实施例焊接之前的俯视图；
图14为图13的圆圈部分的放大图；
图15为图13的电池组的围框结构焊接之后的俯视图；
图16为图15的圆圈部分的放大图；
图17为根据本发明的电池组的围框结构的一实施例焊接之前的俯视图；
图18为图17的电池组的围框结构焊接之后的俯视图；
图19为根据本发明的电池组的围框结构的一实施例焊接之前的俯视图；
图20为图19的电池组的围框结构焊接之后的俯视图；
图21为根据本发明的电池组的围框结构的一实施例焊接之前的俯视图；
图22为图21的电池组的围框结构焊接之后的俯视图。
其中，附图标记说明如下：
1端板4胶层
2侧板5可填充空间
3电池组6焊缝
31电池7隔离空间
具体实施方式
下面参照附图来详细说明根据本发明的电池组的围框结构。
参照图5至图22，在根据本发明的电池组的围框结构中，电池组3由多个两正面涂有胶层4的电池31依次堆叠形成，所述电池组的围框结构包括：两个端板1，分别位于电池组3堆叠方向的两头；以及两个侧板2，分别位于带有两端板1的电池组3的两侧，以形成围框结构；其中，对于对应焊接的一个端板1的一端和一个侧板2的一端，该侧板2的该一端与该端板1的该一端形成一可填充空间5，该端板1的该一端和该侧板2的该一端焊接形成的焊缝6位于该可填充空间5内，且该端板1在该一端和与其相邻的电池31之间形成一隔离空间7。
在根据本发明的电池组的围框结构中，通过设置可填充空间5，使端板1和侧板2焊接形成的焊缝6位于可填充空间5内，从而减缓了焊缝6高出端板1表面而浪费可贵的模组尺寸，同时，可填充空间5增大了用于形成焊缝6的焊料(例如，采用后文所述的焊丝)与端板1和侧板2的接触面积并改善熔合效果，提升焊接拉力。隔离空间7在焊接时可以起到端板1的该一端的焊缝6和与其相邻的电池31的热隔离作用，避免了与端板1相邻的电池31被焊缝6的热量损伤。
在根据本发明的电池组的围框结构的一实施例中，该端板1的该一端位于该侧板2的内侧，且该侧板2的该一端位于该端板1的外表面的延伸线以内(图5-8、图17-18、图19-20、图21-22)、或位于该端板1的外表面的延伸线以外(图9-12、图13-16)或与该端板1的外表面的延伸线共线(图未示出)。
在根据本发明的电池组的围框结构的一实施例中，参照图21和图22，一个端板1和与其相邻的一个侧板2可一体成型。在根据本发明的电池组的围框结构的一实施例中，参照图9和图11、图13和图15，图19和图20，一个端板1和与其相邻的两个侧板2可一体成型。在根据本发明的电池组的围框结构的一实施例中，参照图17和图18，两个端板1和两个侧板2可一体成型。
在根据本发明的电池组的围框结构的一实施例中，端板1及侧板2的材质可为热浸镀锌板、合金化镀锌板、或电镀镀锌板。镀锌板具有厚度薄、强度高、耐腐蚀性好、价格低等优点，采用镀锌板替代现有的铝合金板，既保证了结构强度又减小了端板尺寸。在一实施例中，端板1及侧板2的材质可为热浸镀锌板、或合金化镀锌板。热浸法的镀层较厚，耐腐蚀性好于电镀法的镀锌板，且热浸法的工艺相比合金化法又简单。合金化法是在热镀锌品种中，通过镀后热扩散处理，使其生成锌和铁的合金薄膜，铁-锌合金层的电极电位仍低于基板的铁，但高于纯锌层，这样便使得镀层的侵蚀速度下降，寿命增加，耐腐性能得到改善，且镀层有良好的附着性，焊接时锌的蒸发量也较少。在一实施例中，热浸镀锌板的镀层的厚度可为7μm～35μm。
在根据本发明的电池组的围框结构的一实施例中，焊接可为低温熔化极气体保护钎焊、激光钎焊、等离子钎焊、或非熔化极气体保护钎焊，优选为低温熔化极气体保护钎焊。低温熔化极气体保护钎焊可避免镀锌层的烧损及对组件精度、装配间隙的高要求。钎焊变形小，接头光滑美观，且钎料熔点可以选择。钎焊是一种利用熔点比母材低的填充焊丝，经加热熔化后，利用液态钎料润湿母材，填充接头间隙并与母材相互扩散，实现连接的焊接方法。期望不熔化母材金属，但在实际应用选择中，多数的电弧钎焊方法还是轻微有母材金属熔化的现象，破坏了镀锌层的防腐性不能用于电池组的围框焊接。激光钎焊可以做到完全不熔化母材，但激光钎焊过程的温度场是一个随时间和空间变化的非稳定热场，在钎焊过程中，激光为表面热源，其加热速度快，但对钎缝总的热输入较小，这使得激光加热区内的温度梯度较大，钎焊过程温度变化剧烈，液态钎料在母材表面存在时间过短而影响到钎料与母材金属的充分铺展，易出现融合不充分或不融合。其中，低温熔化极气体保护钎焊采用低熔点的铜基焊丝，该焊接方法的焊接温度低且无飞溅、镀锌层烧损极少、焊缝成型美观，其原理为通过几乎无电流状态下的熔滴过渡而实现的，焊丝与工件短路时电流即转变为小的短路电流，送丝机停止送丝并自动回抽焊丝，这样即减少了电弧输入热量的时间，电弧熄灭，大幅降低热输入量，焊接过程就是在冷热交替中循环，并且此方法还有焊接速度快，焊接成本低、便于观察明弧等优点，即目前行业内所指的冷金属过渡焊也简称“冷”焊。在应用中还可以通过铜夹具、及夹具带有风冷、水冷等措施实现更好的散热效果。
在一实施例中，焊丝熔融填充于可填充空间5形成钎焊焊缝6。因有焊丝熔融填充故对组件装配精度要求相对不高。
在一实施例中，焊丝可为铜硅合金、铜锡合金、或铜铝合金。铜硅(CuSi3)焊丝的硅主要作用是在熔融过程中有效地浸润和增加熔融金属的流动性。铜硅(CuSi2Mn)焊丝含1％锰成份，主要作用是提高焊缝的硬度，这种焊丝主要用在焊后焊缝加工相对困难、焊后无需处理的场合。铜锡(CuSn、CuSn6)、铜铝(CuAl8、CuAl8Ni2)等铜合金也可作钎焊焊丝。
在根据本发明的电池组的围框结构的一实施例中，隔离空间7的深度(沿纸面的竖直方向)可为0.3mm～2mm。
在根据本发明的电池组的围框结构的一实施例中，隔离空间7的宽度(沿纸面的水平方向)可为3mm～30mm。
在端板1的一实施例中，端板1是由镀锌板材料经冲压或折弯等工艺制造而成。
在端板1的一实施例中，端板1的厚度可为1mm～5mm，优选为2mm～3mm。
在侧板2的一实施例中，侧板2是由镀锌板材经冲压、激光切割、折弯等工艺制造而成。
在侧板2的一实施例中，侧板2的厚度可为0.8mm～4mm，优选为1mm～2mm。
本发明的电池组的围框结构可以应用锂离子、镍氢电池、镍镉电池的动力锂离子电池。通常可以但不限于矩形钢壳、矩形铝壳的动力锂离子电池。胶层4的胶可以是但不限于聚氨酯胶、环氧树脂胶。本发明也适用于具有电池的电动车、混合电动车、储能等项目中。

Claims (10)

1.一种电池组的围框结构，电池组(3)由多个两正面涂有胶层(4)的电池(31)依次堆叠形成，所述电池组的围框结构包括：
两个端板(1)，分别位于电池组(3)堆叠方向的两头；以及
两个侧板(2)，分别位于带有两端板(1)的电池组(3)的两侧，以形成围框结构；
其特征在于，对于对应焊接的一个端板(1)的一端和一个侧板(2)的一端，该侧板(2)的该一端与该端板(1)的该一端形成一可填充空间(5)，该端板(1)的该一端和该侧板(2)的该一端焊接形成的焊缝(6)位于该可填充空间(5)内，且该端板(1)在该一端和与其相邻的电池(31)之间形成一隔离空间(7)。
2.根据权利要求1所述的电池组的围框结构，其特征在于，
该端板(1)的该一端位于该侧板(2)的内侧，且该侧板(2)的该一端位于该端板(1)的外表面的延伸线以内、或位于该端板(1)的外表面的延伸线以外、或与该端板(1)的外表面的延伸线共线。
3.根据权利要求1所述的电池组的围框结构，其特征在于，
一个端板(1)和与其相邻的一个侧板(2)一体成型；或者
一个端板(1)和与其相邻的两个侧板(2)一体成型；或者
两个端板(1)和两个侧板(2)一体成型。
4.根据权利要求1所述的电池组的围框结构，其特征在于，端板(1)及侧板(2)的材质为热浸镀锌板、合金化镀锌板、或电镀镀锌板，优选为热浸镀锌板、或合金化镀锌板。
5.根据权利要求4所述的电池组的围框结构，其特征在于，热浸镀锌板的镀层的厚度为7μm～35μm。
6.根据权利要求1所述的电池组的围框结构，其特征在于，焊接方法为低温熔化极气体保护钎焊、激光钎焊、等离子钎焊、或非熔化极气体保护钎焊，优选为低温熔化极气体保护钎焊。
7.根据权利要求6所述的电池组的围框结构，其特征在于，焊丝熔融填充于可填充空间(5)形成钎焊焊缝(6)。
8.根据权利要求7所述的电池组的围框结构，其特征在于，焊丝为铜硅合金、铜锡合金、或铜铝合金。
9.根据权利要求1所述的电池组的围框结构，其特征在于，隔离空间(7)的深度为0.3mm～2mm；隔离空间(7)的宽度为3mm～30mm。
10.根据权利要求1所述的电池组的围框结构，其特征在于，端板(1)的厚度为1mm～5mm，优选为2mm～3mm；侧板(2)的厚度为0.8mm～4mm，优选为1mm～2mm。
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