CN105489820B - 一种动力电池的封装结构及方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种动力电池的封装结构及方法，封装结构包括若干软包电芯，各软包电芯的极耳之间通过汇流排相连接，先在成型模具的型腔内放入一个定形围框，然后在定形围框内放入软包电芯，并通过低温低压的注射成型方式往型腔内注入热熔胶，热熔胶填充到定形围框与其内部的软包电芯之间的空隙处，从而使软包电芯与外侧的定形围框连接成一体的软包电芯单元，各软包电芯单元沿着定形围框的前后方向并排布置形成动力电池模组，然后通过缠绕在动力电池模组外侧的封装环使动力电池模组形成一体结构。本发明总体结构简单，封装后的外形规则，组装效率高，可实现自动组装，并且软包电芯不易破损。

Description

一种动力电池的封装结构及方法

技术领域

本发明涉及车用动力电池技术领域，尤其是涉及一种便于实现自动化生产的动力电池模组的封装结构以及封装方法。

背景技术

锂离子电池技术已日渐成熟，因而被广泛地应用于车用的动力电池，软包电芯电池组是将若干大致呈长方形的软包电芯并排地装入一个固定外壳中，再对软包电芯的极耳通过汇流排进行并联，从而构成一个软包电芯模组。使用时，可根据需要将若干软包电芯模组再次进行串、并联以构成动力电池。由于其中的软包电芯具有轻、薄、循环寿命长、安全性能好、能量密度高、放电平台稳定、功率性能出色、环保无污染等诸多优势而得以快速发展。例如，在中国专利文献上公开的“软包装电池及电池模组”，其公告号为CN203950857U，包括电芯、第一极耳、第二极耳、电解液、以及包装膜。电芯包括：第一集流体和第一活性材料层构成的第一极片、第二集流体和第二活性材料层构成的第二极片、以及设置在第一极片与第二极片之间的隔离膜。第一极耳电连接于第一极片的第一集流体，第二极耳电连接于第二极片的第二集流体。包装膜封装电芯并容纳电解液，第一极耳从包装膜中密封导出，第二极耳从包装膜中密封导出。第一、第二极耳被包装膜分成膜内部分及膜外部分，膜外部分包括固定连接于外部并设置有缺口的首连接段。当软包装电池发生封装不良、包装膜表面破损、角位破损、电芯水含量超标、以及过充、过放、短路等问题导致软包装电池鼓胀时，该软包装电池在第一、第二极耳的缺口处扯断，由此可以将软包装电池自身与外部之间的电回路切断，从而提高软包装电池对外界的安全性。

但是现有的软包电芯电池组的封装结构存在如下缺陷：由于其软包电芯外面的铝塑包装膜形状不固定，因此，造成软包电芯电池组的外形不规则，外形尺寸误差大，组装时软包电芯装入固定外壳困难。此外，软包电芯表面铝塑膜强度低，极易破损，从而使动力电池模块容易出现电解液泄漏，甚至有起火危险。

在中国专利文献上还公开了“一种电池”，其公告号为CN203871385U，包括电芯主体和用于封装电芯主体的软包装膜，电芯主体上设有极耳，电芯主体和软包装膜之间设置有刚性外壳，刚性外壳上设置有横向贯通或纵向贯通的缺口。该实用新型通过在电芯主体和软包装膜之间设置刚性外壳，在保证电池的密封性的同时，可以对电芯主体起到良好的保护作用，防止头部和尾部压痕的出现，提高电池的外观平整性，同时，刚性外壳能够起到较好的抗压作用。然而该方案仍然存在如下问题：首先，其刚性外壳是包围电芯主体的，因此，会使单个软包电芯的整体外形尺寸增加，当单个的软包电芯组装成动力电池模组时，会使整体外形尺寸增大，或者，在不增加外形尺寸的前提下会显著地减少电解液的容量，从而降低电池的性能。其次，由于软包装膜是包覆在刚性外壳外面的，因此，仍然无法解决软包装膜容易破损从而造成电解液泄漏的问题。

发明内容

本发明的目的是为了解决现有采用软包电芯的动力电池模组封装结构所存在的软包电芯外形不规则、外形尺寸误差大、组装困难，以及软包电芯表面铝塑膜容易破损造成电解液泄漏的问题，提供一种封装后外形规则、适合自动组装以及软包电芯不易破损的动力电池模组封装结构以及相应的封装方法。

为了实现上述目的，本发明采用以下技术方案：

一种动力电池的封装结构，包括若干软包电芯，软包电芯上设有由正极耳和负极耳组成的极耳，各软包电芯的正极耳之间以及负极耳之间分别通过汇流排相连接，各软包电芯的边缘外侧绕设有定形围框，定形围框的前后两侧贯通，在定形围框与其内部的软包电芯之间的空隙处填充有热熔胶，从而使各软包电芯与外侧的定形围框分别连接成一体的软包电芯单元，各软包电芯单元沿着定形围框的前后方向并排布置形成动力电池模组，在所述动力电池模组的外侧绕设有封装环，从而使动力电池模组形成一体结构。

本发明首先在软包电芯的外侧设置一个定形围框，然后用热熔胶填充定形围框与其内部的软包电芯之间的空隙，从而使软包电芯与外侧的定形围框连接成形状规则的软包电芯单元，从而有效地解决了现有的动力电池模组结构所存在的软包电芯外形不规则、外形尺寸误差大的问题。另外，外包的定形围框可显著地提高软包电芯的强度，并且动力电池模组在受到异物刮擦碰撞时，定形围框可很好地保护软包电芯，也就是说，动力电池模组中各软包电芯单元的定形围框并排排列形成一个保护外壳，从而使软包电芯的铝塑软包装膜不会受到异物的刮擦碰撞，有效地避免软包电芯的破损。特别是，本发明只需用封装环将若干外形规则的软包电芯单元并排叠放并捆绑在一起，即可形成一个独立的动力电池模组，因此方便其采用自动化设备进行自动组装，而且有利于动力电池模组中软包电芯单元数量的调整，从而可方便地组装成不同规格型号的动力电池模组。

作为优选，所述定形围框上部前侧边缘对应正、负极耳位置分别设有沿定形围框的前后方向延伸的极耳卡槽，定形围框上部后侧边缘对应极耳卡槽位置设有卡位凸块，软包电芯的正、负极耳定位在对应的极耳卡槽底部，前侧的软包电芯单元的卡位凸块卡位在后侧相邻的软包电芯单元对应的极耳卡槽内并抵压该极耳卡槽内的极耳。

由于软包电芯的正、负极耳被统一定位在定形围框的极耳卡槽内，因而可准确定位每个软包电芯单元中极耳的位置，有利于后续的组装。特别是，当动力电池模组中的软包电芯单元并排地叠置在一起时，前侧的软包电芯单元中定形围框上的卡位凸块刚好卡位在后侧相邻的软包电芯单元对应的极耳卡槽内，从而便于动力电池模组中各软包电芯单元的整齐排列，使动力电池模组具有规则统一的外形尺寸。通过相邻的软包电芯单元之间卡位凸块和极耳卡槽的配合，使各软包电芯单元之间相互楔合在一起，使得由封装环捆绑形成的动力电池模组具有稳定的结构，避免包电芯单元之间相互移位。特别是，卡位凸起抵压极耳卡槽内的极耳，因此，使极耳能可靠定位，避免其受力后移位受损。

作为优选，所述定形围框的左右两侧面上分别设有贯通定形围框前后两侧的封装定位槽，所述封装环嵌设在封装定位槽内。

封装定位槽使封装环的位置整齐划一，有利于改善动力电池模组的外观质量，并且可有效地避免封装环的滑落。

作为优选，所述定形围框的左右两侧面上分别设有至少一对外凸且间隔设置的U形弯折，从而在定形围框的左右两侧面上该对U形弯折之间形成相对下凹的封装定位槽，所述封装环嵌设在封装定位槽内。

一对外凸且间隔设置的U形弯折既可在定形围框的侧面上形成封装定位槽，从而有利于封装环的准确定位，同时在定形围框的内侧形成贯通前后两侧的凹槽，因而有利于热熔胶在定形围框内前后两侧之间的流动，便于用热熔胶将定形围框与软包电芯连接在一起。

作为优选，所述封装环采用热缩套管制成。

热缩套管本身被用于电连接时的绝缘护套，在受热时会急剧收缩，具有较大的收缩比，因而我们可以将较大的热缩套管方便地套设在叠置在一起的软包电芯单元外面，然后通过加热使热缩套管收缩后紧紧地包覆在叠置在一起的软包电芯单元外面，不仅可显著地提高组装效率，便于实现自动化组装，同时使软包电芯单元能牢固紧密地组装在一起。

作为优选，所述动力电池模组的最前一个软包电芯单元的前侧设有与其定形围框连接成一体的护板，所述动力电池模组的最后一个软包电芯单元的后侧设有与其定形围框连接成一体的护板。

前后两块两块护板与并排排列的定形围框构成一个完整的保护外壳，从而可有效地保护软包电芯，并且可省去用于组装软包电芯的固定外壳。

作为优选，所述定形围框的一侧边缘间隔地设有若干定位槽，定形围框上相对的另一侧边缘对应定位槽位置设有与定位槽适配的定位凸起。

组装时，相邻的两个软包电芯单元中一个定形围框的定位凸起可插入另一个定形围框的定位槽中，从而使各软包电芯单元能可靠地结合在一起，避免组装后软包电芯单元出现移位现象。

作为优选，连接正极耳的汇流排以及连接负极耳的汇流排并排相对布置，并且两个汇流排上相互靠近的一侧边缘上分别间隔地设有与软包电芯的极耳对应的极耳槽，所述极耳依次卡位在对应的极耳槽内。

由于汇流排的一侧边缘上间隔地设有极耳槽，从而使汇流排呈梳子状，组装时，汇流排可方便地从侧向移动，使极耳卡入极耳槽内，有利于实现自动组装。

一种动力电池的封装方法，包括如下步骤：

a. 先将一个前后两侧贯通的定形围框放入成型模具的下模的型腔内，此时的定形围框外侧面与型腔贴合，定形围框上部前侧边缘上具有极耳卡槽，型腔侧壁在对应极耳卡槽处具有极耳容置槽；

b. 将具有极耳的软包电芯放入定形围框内，极耳则定位在定形围框的极耳卡槽内，极耳伸出极耳卡槽的端部进入下模的极耳容置槽内；

c. 使成型模具的上模与下模合拢，上模在对应下模极耳容置槽位置的封闭凸块则进入下模的极耳容置槽内抵压极耳，从而使下模的型腔形成封闭的腔体；

d. 将熔融的热熔胶通过上模上与型腔连通的浇注口注入型腔内，熔融的热熔胶即填充定形围框与软包电芯之间的空隙；

e. 等热熔胶冷却固化后分开上模，此时的定形围框和内部的软包电芯固化成一体的软包电芯单元，软包电芯的极耳则伸出定形围框外；

f. 用设置在下模下方的顶杆将软包电芯单元顶出型腔，即可得到外形规则的软包电芯单元；

g. 将若干软包电芯单元并排叠置并用封装环捆绑成一体，此时所有软包电芯单元的极耳中的正极耳排列成正极耳串，相应地，所有的负极耳排列成负极耳串；

h. 然后将两个边缘上间隔地设有极耳槽的汇流排从两侧相对地移动到正极耳串位置和负极耳位置，正、负极耳被卡位在对应的汇流排的极耳槽内；

i. 将正、负极耳折弯90度后贴靠在汇流排上，在用激光焊接机使正、负极耳与汇流排焊接在一起，从而形成一个完整的动力电池模组。

本发明的软包电芯和定形围框之间通过成型模具注入热熔胶，从而固结成一体的软包电芯单元，因而具有生产效率高、外形尺寸一致的特点，并且可有效保护软包电芯，同时确保软包电芯与定形围框之间的可靠定位和连接。

作为优选，所述定形围框为模具成型的四边形结构，并且定形围框左右两侧边设计成外凸的弧形，该弧形的左右两侧边的弦高在3mm-5mm之间。

由于定形围框的侧边在模具成型后会因为收缩而向内凹陷，因此轻微外凸的左右两侧边可有效地避免定形围框向内凹陷，从而保持其外形的规则，同时有利于提高定形围框的抗压强度。

因此，本发明具有如下有益效果：总体结构简单，封装后的外形规则，组装效率高，可实现自动组装，并且软包电芯不易破损。

附图说明

图1是动力电池模组的一种分解结构示意图。

图2是软包电芯单元的一种结构示意图。

图3是二个软包电芯单元拼接时的结构示意图。

图4是汇流排的结构示意图。

图中：1、软包电芯单元 11、软包电芯 12、极耳 2、汇流排 21、极耳槽 22、绝缘基板 23、焊接铜板 3、定形围框 31、封装定位槽 32、极耳卡槽 33、卡位凸起 34、定位槽 35、定位凸起 36、护板 37、固定螺母 4、封装环 5、防护盖 51、螺钉过孔。

具体实施方式

下面结合附图与具体实施方式对本发明做进一步的描述。

如图1、图2所示，一种动力电池的封装结构，包括若干大致呈长方形的软包电芯11，软包电芯上侧设置由间隔布置的正极耳和负极耳组成的极耳12。为了便与描述，本实施例中的方向以软包电芯为基准，其中设置极耳一侧为上侧，软包电芯的厚度方向为前后侧，并由此而确定其左右两侧。各软包电芯的正极耳之间以及负极耳之间分别通过汇流排2相连接。

此外，各软包电芯的边缘外侧环绕设置矩形的定形围框3，定形围框的前后两侧贯通，从而在定形围框与内部形状不规则的软包电芯之间形成空隙。我们需要在每个定形围框与其内部的软包电芯之间的空隙处填充热熔胶，从而使软包电芯与外侧的定形围框连接成一体的软包电芯单元1，然后将各软包电芯单元沿着定形围框的前后方向并排布置即形成动力电池模组。此时我们可在动力电池模组的外侧绕设封装环4，从而使动力电池模组形成一体结构。封装环可以是缠绕在动力电池模组外侧的绝缘胶带，此时我们可在定形围框的左右两侧面上分别设置上下两个贯通定形围框前后两侧的封装定位槽31。这样，组装好的动力电池模组的左右两侧即会形成两条由各软包电芯单元的封装定位槽拼接而成的长槽，相应地，封装环为两条，并且两条封装环分别嵌设在上下两条由封装定位槽拼接形成的长槽内，从而使封装环的位置整齐划一，有利于改善动力电池模组的外观质量，并且可有效地避免封装环的滑落。或者，封装环也可采用热缩套管制成，此时，我们可先将热缩套管套在动力电池模组外侧，然后用热风机一类的加热装置使热缩套管受热收缩，收缩后的热缩套管即可绷紧在动力电池模组的外侧。当然，热缩套管也可嵌设在上下两条由封装定位槽拼接形成的长槽内。

另外，如图3所示，我们还可在定形围框上部前侧边缘对应正、负极耳位置分别设置沿定形围框的前后方向延伸的极耳卡槽32，极耳卡槽呈矩形，从而使软包电芯的正、负极耳定位在对应的极耳卡槽底部。并且在定形围框上部后侧边缘对应极耳卡槽位置设置矩形的卡位凸块33，极耳卡槽的宽度应与卡位凸块和正、负极耳的宽度适配，而卡位凸块的高度加上正极耳或负极耳的厚度应与极耳卡槽的深度适配。这样，动力电池模组中前侧的软包电芯单元的卡位凸块刚好卡位在后侧相邻的软包电芯单元对应的极耳卡槽内并抵压该极耳卡槽内的极耳，从而可准确定位每个软包电芯单元中极耳的位置，有利于后续的组装，并且各软包电芯单元之间通过卡位凸块与极耳卡槽相互楔合在一起，使得由封装环捆绑形成的动力电池模组具有稳定的结构，可避免软包电芯单元之间相互移位。当然，我们还可在定形围框的前侧左右边缘上间隔地设置若干圆形的定位槽34，同时在定形围框的后侧左右边缘对应定位槽位置设置与定位槽适配的圆柱形的定位凸起35。组装时，前侧的软包电芯单元中定形围框的定位凸起可插入相邻的后侧软包电芯单元中定形围框的定位槽中，从而使各软包电芯单元能可靠地结合成一体，避免软包电芯单元出现移位现象。

进一步地，本发明的动力电池模组的最前一个软包电芯单元的前侧设置与其定形围框连接成一体的护板36，相应地，动力电池模组的最后一个软包电芯单元的后侧设置与其定形围框连接成一体的护板。也就是说，此时整个动力电池模组的外侧被前后两侧的护板以及并排排列拼接在一起的定形围框所包覆，从而构成一个完整的保护外壳，可有效地保护其内部的软包电芯，并且可省去用于组装软包电芯的固定外壳。并且，各软包电芯之间直接贴合排列，因此并不会增加动力电池模组的外形尺寸。

本发明的汇流排大致呈长方形，连接正极耳的汇流排以及连接负极耳的汇流排并排相对布置，两个汇流排上相互靠近的一侧边缘上等间距地间隔设置宽度与软包电芯的极耳厚度对应的极耳槽21，从而使汇流排呈梳子状，软包电芯的正、负极耳依次卡位在对应的极耳槽内。这样，组装时汇流排可方便地从侧向移动，使极耳卡入极耳槽内，有利于实现自动组装。此外，如图4所示，汇流排包括底层的绝缘基板22以及嵌设在绝缘基板上表面的焊接铜板23，绝缘基板由阻燃ABS制成，焊接铜板和绝缘基板可通过注射成型模具制成一体结构，从而使汇流排的下表面与软包电芯单元之间形成良好的绝缘，同时焊接铜板具有较高的刚性。

最后，我们还可在动力电池模组的上侧设置一个绝缘的防护盖5，具体地，我们可在定形围框的上侧边中间位置设置固定螺母37，相应地，在防护盖的中间设置螺钉过孔51，并且在螺钉过孔内设置与固定螺母螺纹连接的固定螺钉，从而使防护盖可靠地固定在动力电池模组的上侧，以便对汇流排进行良好的遮蔽，避免发生短路。

本发明的动力电池的封装结构可采用如下方法实现。

一种动力电池的封装方法，包括如下步骤：

a. 先将一个前后两侧贯通的定形围框放入成型模具的下模上开口朝上的型腔内，设置在下模的分型面上的型腔的形状与定形围框的外形相适配，从而使定形围框外侧面与型腔的侧壁相贴合。如前所述，在定形围框上部前侧边缘上具有极耳卡槽以及定位槽，因此，放置在型腔内的定形围框具有极耳卡槽以及定位槽的前侧朝向型腔的上侧，相应地，我们需要在型腔的底面对应定形围框后侧的卡位凸块以及定位凸起处设置相应的避让凹槽，从而使定形围框后侧的卡位凸块以及定位凸可定位在相应的避让凹槽内，从而确保定形围框外侧面与型腔侧壁的准确定位和贴合。同时我们需要在型腔侧壁在对应极耳卡槽处设置矩形的极耳容置槽，并且在上模的分型面上对应下模极耳容置槽位置设置矩形的封闭凸块，在上模的分型面上对应定形围框上部前侧边缘上的极耳卡槽以及定位槽处设置相应的配合凸起。需要说明的是，定形围框可采用阻燃ABS塑料制成，或者用铝合金制成，由于定形围框在模具成型时侧边会因为收缩而向内凹陷，因此，我们可将定形围框左右两侧边设计成外凸的弧形，弧形的左右两侧边的弦高在3mm-5mm之间，其优选值为4mm。这样，模具成型后的定形围框的左右两侧边会基本呈平直状态，或者有微量的外凸，我们将定形围框放入成型模具的下模的型腔时，可向内挤压定形围框的左右两侧边，当定形围框放入型腔后，定形围框的左右两侧边即可向外弹出，从而与型腔的侧壁紧密贴合；

b. 将具有极耳的软包电芯按照统一的方向放入型腔内的定形围框内，正、负极耳则定位在定形围框相应的极耳卡槽内，此时正、负极耳伸出极耳卡槽的端部进入下模的极耳容置槽内；

c. 使成型模具的上模下移与下模合拢，此时上模的分型面与下模的分型面贴合，上模在对应下模极耳容置槽位置的封闭凸块则进入下模的极耳容置槽内抵压极耳，上模分型面上的配合凸起则进入定形围框的极耳卡槽以及定位槽内，从而使下模的型腔形成封闭的腔体。可以理解的是，封闭凸块形状与极耳容置槽相适配，并且封闭凸块的高度加上正极耳或负极耳的厚度应等于极耳容置槽的深度；

d. 将熔融状态的热熔胶通过上模上与型腔连通的浇注口注入到型腔内，熔融的热熔胶即填充定形围框与软包电芯之间的空隙。为了有利于熔融的热熔胶的流动，我们可在定形围框的左右两侧面上分别设置上下二对外凸的U形弯折，每对U形弯折中的二个U形弯折间隔设置，从而在二个U形弯折之间形成相对下凹的封装定位槽，这样，在定形围框的内侧形成贯通前后两侧的凹槽，因而有利于热熔胶在定形围框内前后两侧之间的流动；

e. 等热熔胶冷却固化后分开上模，此时的定形围框和内部的软包电芯固化成一体的软包电芯单元，软包电芯的极耳则伸出定形围框外；

f. 用设置在下模下方的顶杆将软包电芯单元向上顶出型腔，即可得到外形规则的软包电芯单元；

g. 将若干软包电芯单元并排叠置并用封装环捆绑成一体，此时所有软包电芯单元的极耳中的正极耳排列成正极耳串，相应地，所有的负极耳排列成负极耳串。并且，前侧的软包电芯单元的卡位凸块刚好卡位在后侧相邻的软包电芯单元对应的极耳卡槽内并抵压该极耳卡槽内的极耳，前侧的软包电芯单元的定位凸起则插入相邻的后侧软包电芯单元的定位槽中。封装环可采用具有不干胶的绝缘胶带，将绝缘胶带缠绕在由封装定位槽拼接成的长槽内，即可将各软包电芯单元捆绑成一体；

h. 将两个边缘上间隔地设有极耳槽的汇流排从两侧相对地移动到正极耳串位置和负极耳位置，使正、负极耳被卡位在对应的汇流排的极耳槽内；

i. 将正、负极耳折弯90度后贴靠在汇流排上，再用激光焊接机使正、负极耳与汇流排焊接在一起，从而形成一个完整的动力电池模组。

Claims (2)

1.一种动力电池的封装方法，其特征是，包括如下步骤：

a. 先将一个前后两侧贯通的定形围框放入成型模具的下模的型腔内，此时的定形围框外侧面与型腔贴合，定形围框上部前侧边缘上具有极耳卡槽，型腔侧壁在对应极耳卡槽处具有极耳容置槽；

b. 将具有极耳的软包电芯放入定形围框内，极耳则定位在定形围框的极耳卡槽内，极耳伸出极耳卡槽的端部进入下模的极耳容置槽内；

c. 使成型模具的上模与下模合拢，上模在对应下模极耳容置槽位置的封闭凸块则进入下模的极耳容置槽内抵压极耳，从而使下模的型腔形成封闭的腔体；

d. 将熔融的热熔胶通过上模上与型腔连通的浇注口注入型腔内，熔融的热熔胶即填充定形围框与软包电芯之间的空隙；

e. 等热熔胶冷却固化后分开上模，此时的定形围框和内部的软包电芯固化成一体的软包电芯单元，软包电芯的极耳则伸出定形围框外；

f. 用设置在下模下方的顶杆将软包电芯单元顶出型腔，即可得到外形规则的软包电芯单元；

g. 将若干软包电芯单元并排叠置并用封装环捆绑成一体，此时所有软包电芯单元的极耳中的正极耳排列成正极耳串，相应地，所有的负极耳排列成负极耳串；

h. 然后将两个边缘上间隔地设有极耳槽的汇流排从两侧相对地移动到正极耳串位置和负极耳位置，正、负极耳被卡位在对应的汇流排的极耳槽内；

i. 将正、负极耳折弯90度后贴靠在汇流排上，在用激光焊接机使正、负极耳与汇流排焊接在一起，从而形成一个完整的动力电池模组。

2.根据权利要求1所述的一种动力电池的封装方法，其特征是，所述定形围框为模具成型的四边形结构，并且定形围框左右两侧边设计成外凸的弧形，该弧形的左右两侧边的弦高在3mm-5mm之间。