CN106953117A - 组装便捷且增加安全性的动力锂离子电池组 - Google Patents

Abstract

本发明动力锂离子电池组，依靠电池组外壳内表面上设置的系列定位柱实现电池在电池组中的定位。用安装在电池组外壳内部的金属极板实现电池组中电池的并联和串联。在电池组中每个电池上加装一个限流保险片，用以应对某单个电池发生内部短路时的不利局面。本发明的电池组，成组时不需点焊操作，成组工序简捷，不对电池产生热物理损伤，且后续维护、更换电池方便。

Description

组装便捷且增加安全性的动力锂离子电池组

技术领域

本发明涉及电动汽车所用的动力锂离子电池组，尤其是一种不用点焊连接工艺的电池组。

背景技术

目前绝大部分纯电动汽车及混动汽车的电动部分由圆柱型锂离子电池提供电能。电动车实际使用锂电池的过程是先将若干锂电池（如18650或26650型锂电池）按串并联混合方式组成电池组，然后以电池组为基本单元，再构建适当的组合对汽车供电。 将电池（亦称电芯）成组是电动汽车使用动力电池的一项基本工序。目前常规的锂电池成组方法是先把按预定排布方案组合的电池捆扎在一起，然后用金属带经点焊将电池逐个连接起来，实现组内电池之间的并联和串联，之后再装入外壳中成为一个一体化电池组。这种采用点焊工艺的成组方法的不足之处在于成组时需做的先捆扎电池然后再逐个点焊的工作相当费时费力，而且一旦成组后由金属带连接在一起的电池将失去全面检测单个电池特性的可能，同时，因点焊连接在一起，还给电池组中的单个电池的维护更换带来很大的困难。除此之外在点焊过程中产生的将金属熔化的局部高温也会对电池造成一定程度的物理损伤，进而影响到电池组的安全性和稳定性。

发明内容

本发明的一个目的在于克服现有动力锂离子电池组点焊成组效率低、对电池易产生热损伤的技术问题。

本发明的另一个目的在于克服现有动力锂离子电池成组后无法全面检测单个电池特性且单个电池维护更换困难的技术问题。

本发明的动力锂离子电池组，包括圆柱形锂离子电池群，还包括外壳主体和外壳盖。在所述外壳主体和外壳盖所包含空间内，定位设置有下极板和上极板，通过所述外壳盖安装在外壳主体上，所述锂离子电池群被压紧在下极板和上极板之间。本发明的电池组，成组时不需点焊操作，成组工序简捷，不对电池产生热物理损伤，且后续维护、更换电池方便。

进一步地，在所述的锂离子电池群和下极板或上极板之间设有弹性接触板。

进一步地，所述的锂离子电池群设置成若干电池小组，每个电池小组由若干正负极取向一致的电池组成，相邻的电池小组在朝向上极板或下极板一侧的极性相反，所述的下极板和上极板分隔成若干分极板，所述的弹性接触板对应其接触的下极板或上极板分隔成若干分接触板，每个分极板将电池小组内各电池并联，各分极板共同组合，将所述若干电池小组串联。

进一步地，所述外壳主体和外壳盖的可采用工程塑料经注塑加工成型，在外壳主体的内底面和外壳盖的内表面设置有作用于所述下极板、上极板和锂离子电池群的定位机构。

进一步地，所述的定位机构是定位柱，该定位柱在外壳主体和外壳盖的加工时一并成型，且其在外壳主体内底面和外壳盖内表面成镜像对称设置。

进一步地，在所述锂离子电池群和下极板或上极板之间对应每个电池设有一个熔断保险片。

进一步地，所述下极板或者上极板之上若要安装所述保险片，该极板应为每个保险片设置相应的安装孔位，而不需安装保险片同时也不加装弹性接触板的极板上，则应在其与电池接触的这一侧面上与每个电池相对应的部位设置一个圆形且外凸的小平台，以确保极板与每个电池之间的电连接。

进一步地，所述熔断保险片安放在下极板或上极板上预留的孔位中。

进一步地，所述熔断保险片设置有熔断体、极板接触片、电池接触片和塑料封装体。熔断体的两端分别与极板接触片和电池接触片电连接。

进一步地，所述保险片中的极板接触片为环形，熔断体在环内连接极板接触片和电池接触片，塑料封装体的外部有一与极板上预留孔位相配合的外凸圆柱。

进一步地，所述保险片中的电池接触片上用于接触电池的部分突出于极板接触片并与之平行，或者，所述的电池接触片是一个与极板接触片夹角呈一锐角的弹性片。

使用本发明的技术方案，可以根据具体一款电动汽车对动力电池的电压电流的总体技术要求，同时基于电动车可提供的电池仓位空间，规划出适当的成组电池的外部几何尺寸以及内部的电池数量和串并联布局，然后对成组电池的电池盒及极板和弹性接触板做具体设计和生产。保险片为通用型零件可方便取用。完成了这些前期工作后，电池成组的实际操作则相对简便。

下面结合附图和实施例对本发明进一步说明。

附图说明

图1是本发明动力锂离子电池组一个实施例的分解图；

图2是图1的电池组中加装弹性接触板后的分解图；

图3是图1中外壳主体的放大图；

图4 是图1中外壳盖的内视放大图；

图5 是在电池放入外壳主体后的示意图；

图6是电池与极板、保险片之间的相互位置关系的示意图；

图7是弹性接触板的放大图；

图8是平台型保险片内部结构的放大示意图；

图9是图8保险片内部结构的分解图；

图10 是图8保险片封装后的一侧的外观放大示意图；

图11是图8保险片封装后另一侧的外观放大示意图；

图12是带有外翘弹性接触片的保险片的外观放大示意图。

图13是拟安装保险片的极板的局部区域与相应保险片的放大图；

图14是不需安装保险片的极板的局部放大图，在该极板与每个电池端部相接触的部位设有一个圆形外凸平台。

附图中各编号含义：

1外壳主体，2下极板，3熔断保险片，4电池群，5上极板，6外壳盖，7弹性接触板，11定位柱，21分极板，22分极板，23分极板，31熔断体，32极板接触片，33电池接触片，34塑料封装，51分极板，52分极板，53分极板，54分极板，61定位柱，71分接触板，72分接触板，73分接触板，74分接触板, 711弹性接触片。

具体实施方式

如图1、图2所示，本发明的动力锂离子电池组，包括锂离子电池群（4）、下极板（2）和上极板（5），所述锂离子电池群（4）压紧在上极板（5）和下极板（2）之间。本发明电池的电池组，成组时不需点焊操作，成组工序简捷，不对电池产生热物理损伤。

图1、图2所示的是一个由150个18650型锂电池组成的电池组，显然，本发明并不限于电池的数量和型号。

在上述基础上，本发明可以具有如下变型。

．所述的电池群（4）和下极板（2）或上极板（5）之间设有弹性接触板（7），如图2所示。其作用是确保电池群（4）与下极板（2）及上极板（5）之间的紧密接触，使每个电池与极板间的电流通路获得保证。

附图7显示了弹性接触板的具体结构，其选用厚度适中的201不锈钢板材，经冲压加工成型。所述弹性接触板（7）在与电池群（4）中每个单体的一个端部的对应部位设有一个上翘的且具有弹性的接触片（711）。当然，弹性接触板也可以是其他合适的弹性结构，如接触板表面的弹性突起。

．电池组还包括塑料外壳主体（1）和塑料外壳盖（6），所述的下极板（2）、所述电池群（4）以及上极板（5）通过所述外壳盖（6）压紧在外壳主体（1）上，实现电池与极板良好的电接触，如图1、图2所示。

．所述的锂离子电池群（4）设置成若干电池小组，每个电池小组由若干正负极取向一致的电池组成，相邻的电池小组在朝向上极板或下极板一侧的极性相反，所述的下极板（2）和上极板（5）分隔成若干分极板（21-23）、（51-54），所述的弹性接触板（7）对应其接触的下极板（2）或上极板（5）分隔成若干分接触板（71-74），分极板在电池小组内将各电池并联，并将所述若干电池小组串联，如图1、图2所示。

图1、图2所示的是一个由150个18650型锂电池组成的电池组，其内部电池分布方式是将150个电池分成6个小组，每个小组由25个电池构成，小组内的电池彼此间以并联方式连接，6个小组之间串联连接。本示例中每个小组内25个电池按最紧凑的排列方式布置。6个小组之间留有一定的间距。一旦确定了这些基本要素后，电池盒的轮廓尺寸以及电池盒内表面布置的定位柱的大小和位置就随之得到确定。同时四个上极板和三个下极板的形状尺寸也因之分别得到确定。

图6表示出在定位状态下电池群与极板之间的相互位置关系。从图中也可看出各极板对电池群的并联和串联的作用。当极板与电池群按预定位置都紧密接触后，就实现了电池小组内25个电池的并联。此外，除两个外端极板外，其余极板均与两个正负极不同的电池小组相连，从而实现了小组之间的电路串联。从图中也可看出每个极板的形状是由单列或双列的25个并联在一起的电池小组的外轮廓所决定。在使用弹性接触板时，弹性接触板的外轮廓则与同其相接触的上极板或者下极板的外轮廓完全相同。

显然，图1、图2、图6表示的结构仅是说明性的，而在实际应用中，电池组内部电池的数量以及串并联布局可有许多种具体选择。

．所述外壳主体（1）的内底面和外壳盖（6）的内表面设置有作用于下极板（2）、上极板（5）和电池群（4）的定位柱（11）、（61），且其在外壳主体（1）内底面和外壳盖（6）内表面成镜像对称设置。

将本发明应用于电池成组，与之相应也会有多种多样的电池组外壳和极板的结构设计，但各种设计和应用的基本特点类同，如采用在电池组壳体内部安放定位机构（如定位柱）的方法将电池分成小组排布，同时使用相应的金属极板实现小组内电池的并联以及小组间的串联。

本发明使用分布在电池盒内部的定位柱的方法对电池进行分组排布，并使用金属极板来实现电池组内电池的并联和串联。本实施例中，成组操作时先将三个下极板分别放入外壳主体底面的相应位置，然后将保险片逐个放入下极板上预留的孔位中，接着把电池按成组分布要求摆入外壳主体。摆放的电池分6个小组，每个小组中的25个电池相互间为并联关系，因此其正负极摆放方向相同。从电路走向来看，相邻小组间的电池摆放的正负极则不同。

图3为外壳主体的放大图。在其内部的底面分布有大小不等的用于定位极板和电池的定位柱。图4为外壳盖的放大图，与外壳主体类似，在外壳盖的内表面也同样布置了与外壳主体底面镜像对称的定位柱。外壳体和外壳盖可使用工程塑料，经注塑加工成型。当外壳盖准确安放并压紧在外壳体上面后，电池组中的所有电池就会从两端被定位柱实现精确定位。图5显示的是在电池放入外壳主体后应处的理论位置，图中可见因壳体上定位柱的作用，电池组内的全部电池被定位后的实际空间分布情况。

在所述锂离子电池群（4）和下极板（2）或上极板（5）之间对应每个电池设有一个熔断保险片（3）。

为提高动力电池组的安全性，本发明为电池组中每个电池加装一个限流保险片。装有这种一次性熔断保险片后，一旦某个电池发生内部短路，如果电池内部的保护功能失效，来自于与该短路电池并联的外部电池的瞬间大电流可引发保险片及时熔断，使发生内部短路的电池与外部的断开，从而避免因外部大电流持续进入短路电池而可能引发的极端情况。从电池组的工作稳定性来看，在加装保险片后如果单个电池发生短路，保险片将会把短路电池与其余电池分隔，其余电池仍可继续工作，避免出现整个电池组失效的情况。此外，当加入保险片后，还为提高组内电池的并联度提供了技术支持。

．所述熔断保险片（3）内设置有电池接触片（33）和极板接触片（32），电池接触片（33）和极板接触片（32）通过熔断体（31）电连接。

．所述极板接触片（32）为环形，熔断体（31）在环内连接极板接触片（32）和电池接触片（33），塑料封装体（34）的外部有一与极板上预留孔位相配合的外凸圆柱。

如图8、图9所示，所述熔断保险片（3）内部设置有熔断体（31），该熔断体（31）的一端同与极板接触的环形金属片（32）连通，另一端同与电池接触的弹性接触片或平台型接触片（33）连通，然后用塑料材料对熔断体形成绝缘封装（34），如图10、图11、图12所示，该封装还有加固保险片整体结构的作用。此外，塑料封装（34）还延伸到极板接触片（32）的朝向电池的表面，以避免电池接触片（33）不经熔断体（31）而与极板接触片（32）短路。

．所述的电池接触片（33）用于接触电池的部分突出于极板接触片（32）并与之平行，或者，所述的电池接触片（33）是一个与极板接触片（32）夹角呈一锐角的弹性片。

所述熔断保险片（3）有两种外形，如图8—12所示，其内部构造相同，不同之处仅在于保险片与电池的接触部分，即电池接触片（33）的外露部分。图8—11所示的一种是平台型保险片，图12所示的一种则是带有一外翘的且具有弹性的接触片。这两种外形不同的保险片分别与弹性接触板（7）结合使用：当使用带有弹性接触片的保险片时，弹性接触板（7）可省略不用；若使用平台型保险片或者不为电池群（4）配装保险片时，则应使用弹性接触板（7）。

所述熔断保险片（3）设置在下极板（2）或上极板（5）上预留的孔位中。将保险片设置在下极板或上极板相应的孔位中，可以保证保险片定位，并便于电池组成组操作，见图13。

所述下极板或者上极板之上若要安装所述保险片，该极板应为安装保险片设置相应的孔位，而不需安装保险片同时也不加装弹性接触板的极板上，则应在其与电池接触的这一侧面上与每个电池相对应的部位设置一个圆形且外凸的小平台（参见图14），以确保极板与每个电池之间的电连接。

本发明，当根据使用要求设计制作出电池外壳体及金属极板和弹性接触板后，只要简单地按规则向电池盒内摆放极板、弹性接触板、保险片和电池群，然后将外壳盖安装到位后即完成了成组工序。之后当需要检测和更换单个电池时，打开电池盒盖就可直接实施完成。因此本方法在动力电池的成组和后续维护方面较常规使用点焊工艺的方法具有明显的便捷高效的优点。

以上参照附图和实施例对本发明的描述仅仅是说明性的，并非对它的限定。显然，在不脱离本发明设计精神的前提下，本领域技术人员对发明技术方案作出的各种变形和改进，均应落入其权利要求书确定的保护范围内。

Claims (10)

1.一种动力锂离子电池组，包括圆柱形锂离子电池群（4），还包括外壳主体（1）和外壳盖（6），其特征在于，电池组在所述外壳主体（1）和外壳盖（6）所包含空间内，定位设置有下极板（2）和上极板（5），通过所述外壳盖（6）安装在外壳主体（1）上，所述锂离子电池群（4）被压紧在下极板（2）和上极板（5）之间。

2.根据权利要求1所述的动力锂离子电池组，其特征在于，在所述的锂离子电池群（4）和下极板（2）或上极板（5）之间还可设有弹性接触板（7）。

3.根据权利要求1所述的动力锂离子电池组，其特征在于，所述电池群（4）由若干电池小组构成，每个电池小组由若干正负极取向一致的电池组成，沿电流通路方向，相邻的电池小组在同一朝向上极性相反，所述的下极板（2）和上极板（5）隔成若干分极板（21-23，51-54），所述的弹性接触板（7）对应其接触的下极板（2）或上极板（5）分隔成若干分接触板（71-74），每个分极板将电池小组内各电池并联，各分极板共同组合，将所述若干电池小组串联。

4.根据权利要求1所述的动力锂离子电池组，其特征在于，所述外壳主体（1）的内底面和外壳盖（6）的内表面设置有作用于所述下极板（2）、上极板（5）和电池群（4）的一系列定位柱（11，61），该定位柱在外壳主体和外壳盖的加工中同时成型，且其在外壳主体（1）内底面和外壳盖（6）内表面成镜像对称设置。

5.根据权利要求1所述的动力锂离子电池组，其特征在于，在所述电池群（4）和下极板（2）或上极板（5）之间对每个电池设有一个一次性熔断保险片（3）。

6.根据权利要求1和5所述的动力锂离子电池组，其特征在于，所述下极板（2）或者上极板（5）之上若要安装所述保险片（3），该极板应为每个保险片设置相应的安装孔位，而不需安装保险片同时也不加装弹性接触板的极板上，则应在其与电池接触的这一侧面上与每个电池相对应的部位设置一个圆形且外凸的小平台，以确保极板与每个电池之间的电连接。

7.根据权利要求5所述的动力锂离子电池组，其特征在于，所述熔断保险片（3）安放在下极板（2）或上极板（5）上预留的孔位中。

8.根据权利要求5所述的动力锂离子电池组，其特征在于，所述熔断保险片（3）设置有熔断体（31）、极板接触片（32）、电池接触片（33）和塑料封装体（34），熔断体（31）的两端分别与极板接触片（32）和电池接触片（33）电连接。

9.根据权利要求8所述的动力锂离子电池组，其特征在于，所述极板接触片（32）为环形，熔断体（31）在环内连接极板接触片（32）和电池接触片（33），塑料封装体（34）的外部有一与极板上预留孔位相配合的外凸圆柱。

10.根据权利要求8所述的动力锂离子电池组，其特征在于，所述的电池接触片（33）用于接触电池的部分突出于极板接触片（32）并与之平行，或者，所述的电池接触片（33）是一个与极板接触片（32）夹角呈一锐角的弹性片。