CN105789502A - 一种电池模块外壳及其制备方法以及电池模组、电池包和电动汽车 - Google Patents

一种电池模块外壳及其制备方法以及电池模组、电池包和电动汽车 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种电池模块外壳及其制备方法以及电池模组、电池包和电动汽车。该外壳包括：相互连接形成箱体的多个端面板、侧板和面板，在所述端面板与侧板、端面板与面板、侧板与面板的连接中至少之一通过原子结合的方式进行连接。本发明提供的电池模块外壳可以有更好的连接强度和密封性能。

Description

一种电池模块外壳及其制备方法以及电池模组、电池包和电动汽车
技术领域
本发明涉及一种电池模块外壳及其制备方法以及电池模组、电池包和电动汽车；具体地，涉及一种电池模块外壳，一种制备电池模块外壳的方法以及该方法制备得到的电池模块外壳，还涉及一种包括该电池模块外壳的电池模组，包括该电池模组的电池包，和包括该电池包的电动汽车。
背景技术
现有电池模组没有外壳或者仅有不密封的框架外壳，不能使电池模组受到保护。
因此，需要提供一种电池模块外壳，具有良好的绝缘和密封性能。
发明内容
本发明的目的是为了克服现有电池模块外壳密封性差的缺陷，提供了一种电池模块外壳及其制备方法以及电池模组、电池组、电池包和电动汽车。
为了实现上述目的，本发明提供一种电池模块外壳，该外壳包括：相互连接形成箱体的多个端面板、侧板和面板，在所述端面板与侧板、端面板与面板、侧板与面板的连接中至少之一通过原子结合的方式进行连接。
本发明还提供一种制备电池模块外壳的方法，该方法包括：将端面板与面板、端面板与侧板以及面板与侧板的需连接的连接区域分别相互平行间隔放置，间隙为0.5-3mm；采用电磁脉冲焊接将所述连接区域进行焊接。
本发明还提供一种由本发明提供的方法制备得到的电池模块外壳。
本发明还提供一种电池模组，该电池模组包括：电池模块外壳，和封装在该电池模块外壳内的电池组；其中，所述电池模块外壳为本发明提供的电池模块外壳。
本发明还提供一种电池包，该电池包包括多个电池模组，其中，所述电池模组为本发明提供的电池模组。
本发明还提供一种电动汽车，该电动汽车包括多个电池包，其中，所述电池包为本发明提供的电池包。
本发明提供的电池模块外壳以原子结合方式连接多个端面板、侧板和面板，可以保证电池模块外壳有更好的连接强度和密封性能，并且可靠性高，方便自动化生产，同时不需要单独的密封空间，得到的电池模块体积小。
本发明的其它特征和优点将在随后的具体实施方式部分予以详细说明。
附图说明
附图是用来提供对本发明的进一步理解，并且构成说明书的一部分，与下面的具体实施方式一起用于解释本发明，但并不构成对本发明的限制。在附图中：
图1为本发明的电池模块外壳的端面板与侧板的连接区域的示意图(圆圈内为局部放大)；
图2为示意本发明的电池模块外壳的端面板与上面板的连接的剖示图(圆圈内为局部放大)；
图3为本发明的电池模块外壳的端面板的连接区域带V形结构的示意图(圆圈内为局部放大)；
图4为本发明的电池模块外壳的三维立体图；
图5为本发明电磁脉冲焊焊接处的金相图(方框内焊接处无过渡层)；
图6为激光焊焊接处的金相图(圆圈内焊接处为过渡层)；
图7为激光焊焊接处新生合金断裂的金相图。
附图标记说明
1、端面板2、侧板3、下面板
4、上面板5、电池6、连接区域
7、连接间隙8、V形结构9、焊接位置
10、包边11、翻边
具体实施方式
以下对本发明的具体实施方式进行详细说明。应当理解的是，此处所描述的具体实施方式仅用于说明和解释本发明，并不用于限制本发明。
本发明提供一种电池模块外壳，该外壳包括：相互连接形成箱体的多个端面板、侧板和面板，在所述端面板与侧板、端面板与面板、侧板与面板的连接中至少之一通过原子结合的方式进行连接。
本发明的发明人在研究中发现，现有的电池模组的防护等级差或干脆不做防护，当电池包密封被破坏时，存在可能进水等导致电池包短路或起火等的隐患。另外，采用常规方式密封，制备的外壳体积空间较大，且成本高。因此，现有技术没有要求电池外壳对电池模组进行保护，也没有公开怎样的电池外壳可以提高电池模组的安全性和可靠性。基于此，本发明的发明人提出本发明以提供满足连接强度和密封强度以及绝缘性能的电池外壳，并且该电池外壳的结构上不需要设计独立的密封空间。
图4为本发明的电池模块外壳的三维立体图。有露出电极和插口的为上面板3，与之相对的在电池模块外壳的底面的为下面板4。本发明中的电池模块外壳的端面板有两块，图4中显示可见的一块，另一块在图4中显示的端面板1的对面，同样地，图4中显示可见的一块侧板2，另一块在对面不可见。图4中还显示了上面板3与端面板1、上面板3与侧板2的焊接位置9，以及端面板1与侧板2的焊接位置9。
本发明中，将端面板、侧板和面板之间进行连接，常规的熔化式焊接方式不能满足电池模块外壳要求的连接强度和密封性能。而本发明中，通过在所述端面板、侧板和面板之间接触的界面上的原子间的结合实现所述端面板、侧板和面板之间的连接，为非熔化的焊接方式，没有常规焊接受热的影响，并且提供的焊缝较宽，可以提供电池模块外壳盘需要的连接强度和密封性能。
根据本发明，所述连接为非熔化的焊接方式，对于外壳进行连接的部分不受热的影响，不产生金属间化合物。由此焊接可靠性高，焊接处强度不低于端面板、侧板或面板使用的材料的本身强度。优选情况下，在所述端面板与侧板、端面板与面板、侧板与面板之间进行连接的界面上不存在过渡层。所述过渡层是指盖板和壳体的金属在熔化的焊接方式下形成的金属熔化再结晶的结构或者焊接盖板和壳体形成的钎焊层。
根据本发明，优选情况下，在所述端面板与侧板、端面板与面板、侧板与面板之间进行连接的部分的宽度为1-20mm；优选所述宽度为10-20mm。
根据本发明，优选情况下，在所述端面板与侧板、端面板与面板、侧板与面板之间进行连接的部分的连接强度为100-1000MPa；优选为150-600MPa。
根据本发明，优选情况下，在所述端面板与侧板、端面板与面板、侧板与面板之间进行连接的部分的密封强度为0.015-0.2MPa；优选为0.02-0.1MPa。
根据本发明，优选情况下，所述侧板包括包边结构，用作所述侧板与端面板、所述侧板与面板进行连接的连接区域；所述端面板包括翻边，用作所述端面板与面板进行连接的连接区域。
本发明中，所述端面板、侧板和面板可以为铝合金、不锈钢、碳钢、镁铝合金、镁合金和钛合金中的至少一种。所述面板包括上面板和下面板。
本发明还提供了一种制备电池模块外壳的方法，该方法包括：将端面板与面板、端面板与侧板以及面板与侧板的需连接的连接区域分别相互平行间隔放置，间隙为0.5-3mm；采用电磁脉冲焊接将所述连接区域进行焊接。
根据本发明，优选情况下，该方法还包括将所述侧板的四周进行成型得到包边结构，该包边结构用作所述侧板与端面板、所述侧板与面板进行连接的连接区域；将所述端面板进行成型得到翻边结构，该翻边结构用作所述端面板与面板进行连接的连接区域。如图1所示，侧板2的四周有包边10，在与端面板1连接时，如图1中放大显示的圆圈内的示意图，显示了端面板1的连接区域6压住侧板2成型的用于与端面板1连接的包边；还显示了侧板2成型的用于侧板2与上面板连接的、未被上面板压住的包边部分。如图2所示，显示了上面板4与端面板1的翻边11的连接，上面板4压住了端面板1的翻边11用于在此成为连接区域。图1和2显示了进行焊接前端面板、侧板和面板的放置情况，其中，各连接区域间隔连接间隙7。
根据本发明，优选地，将所述端面板与侧板进行连接的连接区域预成型为V字形结构。如图3所示，放大显示的圆圈中显示V字形结构8，可以在焊接完成后获得平整的表面。
根据本发明，优选情况下，该方法还包括在进行电磁脉冲焊接之前，将所述端面板、侧板和面板进行表面绝缘处理。优选地，所述表面绝缘处理的方法可以为注塑或涂层的方法。具体可以为电泳或喷粉。进行表面绝缘处理可以达到耐电压2-20KV(AC，60s)的效果。绝缘处理后，可以保证电池的绝缘性能，防止漏电；还可以避免在极端条件下(如浸水，碰撞等)电池通过模块的金属壳体短路。
根据本发明，优选情况下，所述电磁脉冲焊的焊接能量为16-96KJ。
本发明还提供一种由本发明提供的方法制备得到的电池模块外壳。
本发明还提供一种电池模组，该电池模组包括：电池模块外壳，和封装在该电池模块外壳内的电池组；其中，所述电池模块外壳为本发明提供的电池模块外壳。
本发明还提供一种电池包，该电池包包括多个电池模组，其中，所述电池模组为本发明提供的电池模组。
本发明还提供一种电动汽车，该电动汽车包括多个电池包，其中，所述电池包为本发明提供的电池包。
以下将通过实施例对本发明进行详细描述。
以下实施例中，连接强度通过拉力测试方法采用高品检测公司的GP-TS2000M测得；密封强度通过气密性测试方法采用BYD公司的CPB气密性测试仪测得。
实施例1
将均为铝合金的端面板、侧板、面板通过注塑进行表面绝缘处理。并将端面板成型翻边结构用作连接区域，将侧板成型包边结构用作连接区域。
将端面板、侧板、面板的连接区域平行间隔放置，间隙为1.2mm，然后在连接区域处进行电磁脉冲焊接(焊接设备型号PS48-16/25，PST公司)，焊接能量为25KJ，如图1、2所示，得到电池模块外壳，焊接位置如图4所示。其中，连接的部分的宽度为12mm。
将得到的电池模块外壳进行连接强度和密封性能测试，连接强度为162MPa，密封强度为0.05MPa。
用金相显微镜观察端面板、侧板、面板连接的部分的结构形貌，如图5所示，没有合金相图。
实施例2
将均为不锈钢的端面板、侧板、面板通过喷粉进行表面绝缘处理。并将端面板成型翻边结构用作连接区域，将侧板成型包边结构用作连接区域。将端面板连接与侧板的连接区域成型为V字形结构。
将端面板、侧板、面板的连接区域平行间隔放置，间隙为1.8mm，然后在连接区域处进行电磁脉冲焊接，焊接能量为40KJ，如图3所示，得到电池模块外壳，焊接位置如图4所示。其中，连接的部分的宽度为18mm。
将得到的电池模块外壳进行连接强度和密封性能测试，连接强度为270MPa，密封强度为0.1MPa。
用金相显微镜观察端面板、侧板、面板连接的部分的结构形貌，与图5所示相似，没有合金相图。
实施例3
将均为镁合金的端面板、侧板、面板通过电泳进行表面绝缘处理。并将端面板成型翻边结构用作连接区域，将侧板成型包边结构用作连接区域。将端面板连接与侧板的连接区域成型为V字形结构。
将端面板、侧板、面板的连接区域平行间隔放置，间隙为1.5mm，然后在连接区域处进行电磁脉冲焊接，焊接能量为30KJ，如图3所示，得到电池模块外壳，焊接位置如图4所示。其中，连接的部分的宽度为15mm。
将得到的电池模块外壳进行连接强度和密封性能测试，连接强度为236MPa，密封强度为0.08MPa。
用金相显微镜观察端面板、侧板、面板连接的部分的结构形貌，与图5所示相似，没有合金相图。
对比例1
将均为铝合金的端面板、侧板、面板的连接区域表面贴合平行放置，然后在连接区域处进行激光焊接(焊接设备型号DISC8002，通快公司)，焊接功率为5KW，焊接速度为80mm/s，焊缝宽度为1.5mm，得到电池模块外壳。
将得到的电池模块外壳进行连接强度和密封性能测试，连接强度为60MPa，密封强度为0.008MPa。
用金相显微镜观察端面板、侧板、面板连接的部分的结构形貌，如图6、7所示，没有新生合金相图。
由上述实施例和对比例的结果可以看出，本发明提供的电池模块外壳可以有更好的连接强度和密封性能。

Claims (16)

1.一种电池模块外壳，该外壳包括：相互连接形成箱体的多个端面板、侧板和面板，在所述端面板与侧板、端面板与面板、侧板与面板的连接中至少之一通过原子结合的方式进行连接。
2.根据权利要求1所述的外壳，其中，在所述端面板与侧板、端面板与面板、侧板与面板之间进行连接的界面上不存在过渡层。
3.根据权利要求1所述的外壳，其中，在所述端面板与侧板、端面板与面板、侧板与面板之间进行连接的部分的宽度为1-20mm；优选所述宽度为10-20mm。
4.根据权利要求1所述的外壳，其中，在所述端面板与侧板、端面板与面板、侧板与面板之间进行连接的部分的连接强度为100-1000MPa；优选为150-600MPa。
5.根据权利要求1所述的外壳，其中，在所述端面板与侧板、端面板与面板、侧板与面板之间进行连接的部分的密封强度为0.015-0.2MPa；优选为0.02-0.1MPa。
6.根据权利要求1-5中任意一项所述的外壳，其中，所述侧板包括包边结构，用作所述侧板与端面板、所述侧板与面板进行连接的连接区域；所述端面板包括翻边，用作所述端面板与面板进行连接的连接区域。
7.一种制备电池模块外壳的方法，该方法包括：将端面板与面板、端面板与侧板以及面板与侧板的需连接的连接区域分别相互平行间隔放置，间隙为0.5-3mm；采用电磁脉冲焊接将所述连接区域进行焊接。
8.根据权利要求7所述的方法，其中，该方法还包括将所述侧板的四周进行成型得到包边结构，该包边结构用作所述侧板与端面板、所述侧板与面板进行连接的连接区域；将所述端面板进行成型得到翻边结构，该翻边结构用作所述端面板与面板进行连接的连接区域。
9.根据权利要求8所述的方法，其中，将所述端面板与侧板进行连接的连接区域预成型为V字形结构。
10.根据权利要求7-9中任意一项所述的方法，其中，该方法还包括在进行电磁脉冲焊接之前，将所述端面板、侧板和面板进行表面绝缘处理。
11.根据权利要求10所述的方法，其中，所述表面绝缘处理的方法为注塑或涂层的方法。
12.根据权利要求7所述的方法，其中，所述电磁脉冲焊的焊接能量为16-96KJ。
13.一种由权利要求7-12中任意一项所述的方法制备得到的电池模块外壳。
14.一种电池模组，该电池模组包括：电池模块外壳，和封装在该电池模块外壳内的电池组；其中，所述电池模块外壳为权利要求1-6和13中任意一项所述的电池模块外壳。
15.一种电池包，该电池包包括多个电池模组，其中，所述电池模组为权利要求14所述的电池模组。
16.一种电动汽车，该电动汽车包括多个电池包，其中，所述电池包为权利要求15所述的电池包。
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