CN106129293B - 一种锂电芯支架及动力电池包 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种锂电芯支架及动力电池包，其中电芯支架包括陶瓷壳和金属弧形体，所述陶瓷壳为上、下通透的的陶瓷烧结件，所述陶瓷壳的四个侧面有向内凹陷的定位突卡；金属弧形体为“(”形的金属薄板冲压件，在陶瓷壳的四个转角处分别设置一个金属弧形体，金属弧形体的两边沿卡设在所述定位突卡上，在四个金属弧形体中央位置卡入一个电芯，所述电芯外表面与四个金属弧形板为线接触。本发明核心部件为陶瓷壳，无论是耐高温、强度，绝缘性都能满足锂电池的使用要求，且在发生猛烈撞击的情况下，可以发生破碎，吸收撞击能量，提高新能源车的安全性能。陶瓷壳的热膨胀系数很小，保证两个相邻之间的电芯的相对距离是恒定的。

Description

一种锂电芯支架及动力电池包

技术领域

该发明涉及动力电池技术领域，具体地说是一种锂电芯支架及新能源汽车用动力电池包。

背景技术

目前我国流行锂离子动力电池，磷酸铁锂电池是指用磷酸铁锂作为正极材料的锂离子电池。

锂离子电池的正极材料有很多种，主要有钴酸锂、锰酸锂、镍酸锂、三元材料、磷酸铁锂等。其中钴酸锂是目前绝大多数锂离子电池使用的正极材料，而其它正极材料由于多种原因，目前在市场上还没有大量生产。磷酸铁锂也是其中一种锂离子电池。从材料的原理上讲，磷酸铁锂也是一种嵌入/脱嵌过程，这一原理与钴酸锂、锰酸锂完全相同。

磷酸铁锂电池，同样有危险性。因为，磷酸铁锂也是一种锂离子电池。从材料的原理上讲，磷酸铁锂也是一种嵌入/脱嵌过程，这一原理与钴酸锂、锰酸锂完全相同。而锂的化学性质非常活泼，很容易燃烧，当电池充放电时，电池内部持续升温，活化过程中所产生的气体膨胀，电池内压加大，压力达到一定程度，如外壳有伤痕，即会破裂，引起漏液、起火甚至爆炸。

从技术理论来看，磷酸铁锂电池，对电池的起火爆炸等危险性有小部分的改善，但很不彻底，危险性一样突出。

在各种情况下，电池外部短路、内部短路、过充都存在发生危险的可能。

如何化解上述的风险，是本领域的重要研究方向。

发明内容

为了解决现有技术的不足，本发明提供一种锂电芯支架及动力电池包，首先用于解决电池包中各个电芯之间散热不充分的问题，提供一种在一定温度范围内的可控的近似恒温的动力电池组，同时解决电芯发热膨胀带来的电机错位的问题，同时，便于组装和生产，模块化，结构紧凑化，降低使用和制造成本。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案为：

一种锂电芯支架，其特征在于，包括陶瓷壳和金属弧形体，所述陶瓷壳(2)为上、下通透的的陶瓷烧结件，所述陶瓷壳的四个侧面分别设置有向内凹陷的定位突卡，且所述陶瓷壳的厚度不大于0.5毫米，多个陶瓷壳形成整列并固定在壳体内；

所述金属弧形体为“(”形的金属薄板冲压件，在陶瓷壳的四个转角处分别设置一个金属弧形体，所述金属弧形体的两边沿卡设在所述定位突卡上，在四个金属弧形体中央位置卡入一个电芯，所述电芯外表面与四个金属弧形体为线接触。

在陶瓷壳上、下两端分别固定一个上接头和下接头，其中上、下接头结构相同且对称设置，所述上接头是由环形部、卡爪和锁扣组成的工程塑料注塑件，所述环形部为方形，在每一个边上设置有一个卡爪，每一个卡爪分别与陶瓷壳上所述定位突卡进行配合。

动力电池包包括壳体、陶瓷壳、金属弧形体、上接头、下接头、上罩和下罩；所述壳体是由四个侧板组成的铝合金外壳；

所述陶瓷壳为上、下通透的的陶瓷烧结件，所述陶瓷壳的四个侧面分别设置有向内凹陷的定位突卡，且所述陶瓷壳的厚度不大于0.5毫米；

所述金属弧形体为“(”形的金属薄板冲压件，在陶瓷壳的四个转角处分别设置一个金属弧形体，所述金属弧形体的两边沿卡设在上述的定位突卡上，在四个金属弧形体中央位置卡入一个圆柱锂电池电芯，所述电芯外表面与四个金属弧形体为线接触；

在陶瓷壳上、下两端分别固定一个上接头和下接头，其中上、下接头结构相同且对称设置，所述上接头是由环形部、卡爪和锁扣组成的工程塑料注塑件，所述环形部为方形，在每一个边上设置有一个卡爪，每一个卡爪分别与陶瓷壳上所述定位突卡进行配合，

在上接头上固定一个上罩，在下接头下固定一个下罩，其中，上、下罩结构相同且对称设置，所述上罩为四棱锥状的工程塑料注塑壳，所述上罩一端端口与上接头的环形部配合并在两者之间使用卡扣进行配合，所述上罩另一端具有冷风进口，所述下罩一端端口与下接头的环形部配合并在两者之间使用卡扣进行配合，所述下罩另一端具热风出口；

相邻的电芯之间电连接为铜镍复合片，且在上、下接头上分别设置有容铜镍复合片引出的缺口；

多个电芯通过并联的方式形成一列，在每一个冷风进口通过一个弯管连接到第一支管上，多个第一支管汇集后连接到进风管上处，每一个热风出口通过一个弯管连接到第二支管中，多个第二支管连接到出风管处；

所述进风管和出风管通过风调节结构风源进行连接。

进一步地，所述电芯为圆柱形锂电电芯。

进一步地，风调节结构包括风机和风闸。

进一步地，所述第一支管和第二支管为软管。

本发明的有益效果是：

核心部件包括一个陶瓷壳，可以大量采购，为无机耐温零部件，无论是耐高温、强度，绝缘性都能满足锂电池的使用要求，且在发生猛烈撞击的情况下，可以发生破碎，吸收撞击能量，提高新能源车的安全性能。

陶瓷壳的热膨胀系数很小，可以忽略不计，保证两个相邻之间的电芯的相对距离是恒定的。

剩余的部件采用注塑件和钣金件，比较利于成型和廉价，降低成本。

刚性的陶瓷壳与柔性的金属弧形体进行配合，便于组装，都是插接结构，提高装配效率，便于后期的维护。

冷风根据设计路线在每一个电芯单体的周围通过，且内腔中的空间较大，可以使得风速减缓，最大程度的与电芯发热进行热交换产生较好的换热效果。

弧形金属板与电芯接触，产生的热量也被带走，形成更好的热交换效果，同时有利于对电芯形成保护。

整个构成质轻，降低了动力电池的总重量。

附图说明

图1为圆柱形锂电芯的立体图。

图2为一个电芯单元的立体图。

图3为电池包的立体图。

图4为图3的全剖视图。

图5为多个电池包组合形成的电池组的立体图。

图6为一排电芯单元的立体图。

图7为上接头的立体图。

图8为陶瓷壳的断面图。

图9为省略上罩后的立体图。

图10为省略上接头后的立体图。

图11为省略电芯后的立体图。

图12为电芯与金属弧形体的配合示意图。

图13为本电池散热系统在车中的布置示意图。

图14为电池散热系统的进、出风风路示意图。

图中：1壳体、2陶瓷壳、21定位突卡、3金属弧形体、4上接头、4’下接头、41环形部、42卡爪、43锁扣、5上罩、5’下罩、51冷风进口、511第一支管，52热风出口、521第二支管，6电芯、61铜镍复合片、71第一总管道、72第二总管道、7风机、711第一进气口、712第二进气口、721第一出风口、722第二出风口、723第三出风口，73闸阀。

具体实施方式

如图1至图14所示，针对现有缺陷，本发明的保护主体如下：

开发的是一种动力电池包，现有的圆柱形锂电池在安装过程中存在两种情况，一种是直接进行捆绑，形成动力电池包，这种动力电池包存在的问题是，容易积累热量，造成温度升高，自膨胀、漏液，针对这一问题，现有的解决方案是，增加一个框架，现有的框架具有热证冷缩现象依然明显，例如中国专利CN204927374U中公布的方案，其中支架采用注塑件，具有绝缘和定位的作用，可以方便圆柱形锂电池的装配，但是，上述的结构没有形成风道，对于电芯的散热没有根本上解决。

要解决的技术难题在于：

难题一：在动力电池工作期间，单个电芯存在热胀效应，多个电芯的膨胀量累计在电池包上，就会形成巨大的形变，造成电极位置的错位，目前的解决措施是，电极设计成U型，用于弥补电芯之间的位移和形变。

难题二：单个电芯发生短路的情况下，由于电芯之间是靠近的，会引发相邻之间的电芯的爆燃。

难题三：冷却风处于无序的流动状态，不能针对电芯进行有效的降温，不能在电芯附近形成均匀的风场，各个电芯处的温度不均匀，造成电芯内阻不一致，耗电增加。

基于上述的描述，本发明提供的动力电池散热系统，包括动力电池包和风调节结构。

动力电池包包括壳体1、陶瓷壳2、金属弧形体3、上接头4、下接头4’、上罩5、下罩5’。

壳体1采用铝合金材料，通过截取的方式制作，长度与电芯的长度吻合，壳体是由四个侧板组成的长方体，内部用于安装电芯。

陶瓷壳2为上、下通透的结构，为陶瓷烧结件，包括四个侧面，四个侧面的中部设置有向内凹陷的定位突卡21。陶瓷壳的厚度不大于0.5毫米，质轻。具有很好的散热性能。

在发生剧烈碰撞过程中，陶瓷壳粉碎性开裂可以吸收大量的碰撞能量。

金属弧形体3，采用金属薄板冲压件，并经过热处理，具有一定弹性，金属弧形体为“(”形，具有一定的弹性，在陶瓷壳的四个转角处分别设置一个金属弧形体3，金属弧形体的两边沿卡设在上述的定位突卡21上，图11，形成定位，有一个预变形，然后在四个金属弧形体中央位置卡入一个圆柱锂电池电芯6，参考图10，电芯6与四个金属弧形体形成线接触，参考图12。

在陶瓷壳2的上端固定一个上接头4，下端固定一个下接头4’，其中上、下接头结构相同。以上接头为例进行说明，上接头4，优选工程塑料注塑件，包括环形部41、卡爪42和锁扣43，环形部41为方形的结构，在每一个边上设置有一个卡爪42，卡爪一定的弹性，每一个卡爪分别与陶瓷壳上的凹陷的定位突卡进行配合，即，卡在四个凹槽内，并使得环形部41与上述的陶瓷壳的对齐。

在上接头4上固定一个上罩5，在下接头上固定一个下罩5’，其中，上、下罩结构相同，以上罩为例进行说明，上罩，优选工程塑料注塑件，整体为四棱锥状的壳体状，其中，一端的四棱柱端口与上接头的环形部配合，并在两者之间使用卡扣进行配合，在四棱柱的另一端具有一个收口，并设计成成圆形收口，上罩上的收口为冷风进口51。

下罩固定在下接头上，对上罩对称设置，且下罩上的接口为圆形收口，为热风出口52。

在上述的电芯的两端分别焊接一铜镍复合片61，用于相邻之间的电芯6的连接，其中，铜镍复合片为直的金属片，并在铜镍复合片的两端为焊接点，通过焊接的方式与上述的电芯的两个电极进行电连接。

在上、下接头上分别设置有容铜镍复合片引出的缺口。

上述的多个电芯通过并联的方式形成一列，形成一个单元，参考图6，然后单元之间串联，形成一个动力电池包。

多个动力电池包之间并联连接形成汽车动力源。

一个动力电池包使用一个壳体进行集成，参考图3.

在每一个冷风进口51通过一个弯管连接到第一支管上511，多个第一支管汇集后连接到进风管上处，每一个热风出口52通过一个弯管连接到第二支管521中，多个第二支管连接到出风管处。

一种电动轿车，其中设置有动力电池，动力电池包括多个动力电池包，动力电池包设置在车架的不同位置，多个动力电池包的进风管汇集到第一总管道71，出风管汇集到第二总管道72，其中第一总管连接一个风机7，风机外侧连接一个两个进气口，为便于区分，标记为第一进气口711和第二进气口712，其中第一进气口711位于轿车驾驶室内，且在驾驶室内的第一进气口处设置有过滤棉，第二进气口712位于后侧行李箱内，在第二进气口处设置有过滤装置。该过滤装置为三级过滤，包括过滤棉、过滤布和过滤器，实现精准过滤。

第二总管道72连接三个出风口，为便于区分，标记为第一出风口721、第二出风口722和第三出风口723，其中第一出风口位于轿车驾驶室内，第二出风口位于行李箱内，并与上述的第二进风口合并，对过滤装置进行反吹，具有一定的清理效果，第三出风口723位于车架底盘处，用于排空。

在上述的三个出风口和一个进风口处设置有闸阀73，闸阀为电磁阀，通过电磁阀的切换，用于控制风道的切换。

在冬季，室外低于0摄氏度时，起始阶段需要对电池电芯进行加热，循环风在第一进风口进风，采集的是驾驶室内的空气，对电池降温后的热风返回到驾驶室内，形成内循环模式。

在夏季，室外温度高于30摄氏度时，循环风在第一进风口进风，采集的是驾驶室内的空气，对电池降温后的热风通过第三出风口外排，形成内吸外排模式。

在春季或者秋季等季节，室外温度在十多摄氏度，自第二进风口进风，然后自第三出风口外排，形成循环模式。

通过上述多组模式的选择，可以实现全天候的工作。

进一步地，配合电池管理系统，可以在上述的下罩内侧集成一个温度采集元件，腔内的温度，通过控制风机的鼓风量控制电池包的温度。

通过上述的实施，可以将电芯的温度控制在20至40度之间的合理范围内，且各个电芯的温度场均匀一致。

上面所述的实施例仅仅是对本发明的优选实施方式进行描述，并非对本发明的范围进行限定，在不脱离本发明设计精神的前提下，本领域相关技术人员对本发明的各种变形和改进，均应扩如本发明权利要求书所确定的保护范围内。

Claims (5)

1.一种锂电芯支架，其特征在于，包括陶瓷壳和金属弧形体，所述陶瓷壳(2)为上、下通透的的陶瓷烧结件，所述陶瓷壳(2)的四个侧面分别设置有向内凹陷的定位突卡(21)，且所述陶瓷壳的厚度不大于0.5毫米；

所述金属弧形体(3)为断面呈“(”形的金属薄板冲压件，在陶瓷壳的四个转角处分别设置一个金属弧形体(3)，所述金属弧形体的两边沿卡设在所述定位突卡(21)上，在四个金属弧形体中央位置卡入一个电芯(6)，所述电芯(6)外表面与四个金属弧形体为线接触。

2.根据权利要求1所述的一种锂电芯支架，其特征在于，在陶瓷壳(2)上、下两端分别固定一个上接头(4)和下接头(4’)，其中上、下接头结构相同且对称设置，所述上接头(4)是由环形部(41)、卡爪(42)和锁扣(43)组成的工程塑料注塑件，所述环形部(41)为方形，在每一个边上设置有一个卡爪(42)，每一个卡爪分别与陶瓷壳上所述定位突卡进行配合。

3.动力电池包，其特征在于，所述动力电池包包括壳体(1)、陶瓷壳(2)、金属弧形体(3)、上接头(4)、下接头(4’)、上罩(5)和下罩(5’)；

所述陶瓷壳(2)为上、下通透的的陶瓷烧结件，所述陶瓷壳(2)的四个侧面分别设置有向内凹陷的定位突卡(21)，且所述陶瓷壳的厚度不大于0.5毫米，多个陶瓷壳形成整列并固定在壳体内；

所述金属弧形体(3)为断面呈“(”形的金属板冲压件，在陶瓷壳的四个转角处分别设置一个金属弧形体(3)，所述金属弧形体的两边沿卡设在上述的定位突卡(21)上，在四个金属弧形体中央位置卡入一个圆柱锂电池电芯(6)，所述电芯(6)外表面与四个金属弧形体为线接触；

在陶瓷壳(2)上、下两端分别固定一个上接头(4)和下接头(4’)，其中上、下接头结构相同且对称设置，所述上接头(4)是由环形部(41)、卡爪(42)和锁扣(43)组成的工程塑料注塑件，所述环形部(41)为方形，在每一个边上设置有一个卡爪(42)，每一个卡爪分别与陶瓷壳上所述定位突卡进行配合，

在上接头(4)上固定一个上罩(5)，在下接头下固定一个下罩(5’)，其中，上、下罩结构相同且对称设置，所述上罩为四棱锥状的工程塑料注塑壳，所述上罩一端端口与上接头的环形部配合并在两者之间使用卡扣进行配合，所述上罩另一端具有冷风进口(51)，所述下罩一端端口与下接头的环形部配合并在两者之间使用卡扣进行配合，所述下罩另一端具热风出口(52)；

相邻的电芯之间电连接为铜镍复合片(61)，且在上、下接头上分别设置有容铜镍复合片引出的缺口。

4.根据权利要求3所述的动力电池包，其特征在于，所述电芯为圆柱形锂电电芯。

5.根据权利要求3所述的动力电池包，其特征在于，所述壳体(1)是由四个侧板组成的铝合金外壳。