CN106960977A - 一种高安全性多功能的动力锂电池组 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种高安全性多功能的动力锂电池组，包括由多个动力锂电池单元串联连接形成的锂电池模组，其中每一所述动力锂电池单元均包括正极电池盒、负极电池盒、多个并联的圆柱电芯、正极并联汇流板和负极并联汇流板，其中所述圆柱电芯设置在所述正极电池盒和所述负极电池盒之间，所述正极并联汇流板设置在所述正极电池盒下方，所述负极并联汇流板设置在所述负极电池盒上方；每两个所述动力锂电池单元通过汇流排将所述正极并联汇流板和所述负极并联汇流板进行串联连接；所述锂电池模组与一温控装置连接。本发明解决了现有技术当中对热失控扩展应对不足的问题，以及在极端环境下电芯无法正常充发电的问题。
Description
技术领域
本发明涉及锂电池技术领域，具体地是涉及一种高安全性多功能的动力锂电池组。
背景技术
现有的动力锂电池系统大多采用多颗电芯并联组成模块、多级模块串联的方式进行电池成组。目前市场上的电芯主要是磷酸铁锂电芯和三元锂电芯。动力电池安装空间受到车辆制约，而三元锂电芯能量密度高，循环性能好，更能满足电动汽车对于续航里程的要求。在小型车和乘用车市场，三元锂电芯的应用越来越广泛。
但是随着三元锂电芯应用的越来越广泛，相应的问题也不断暴露，锂电池出现内短路、外部撞击等造成热失控不可避免，因此如何防止热失控扩展和蔓延十分重要。当电芯出现热失控或内部短路，内压升高，电芯内的电解质喷出并产生400℃以上的高温。这部分热量积聚在在电池模块内部的狭小密闭空间，会引起周围电芯和相邻模块间的热失控扩展反应。
锂电池的适宜工作温度为0℃～60℃，而在极端的温度环境下电芯无法正常充放电，电池组就无法正常工作，车辆无法正常运行，因此控制电芯的温度显得十分重要。
因此，本发明的发明人亟需构思一种新技术以改善其问题。
发明内容
本发明旨在提供一种高安全性多功能的动力锂电池组，以解决现有技术当中对热失控扩展应对不足的问题，以及在极端环境下电芯无法正常充发电的问题。
为解决上述技术问题，本发明的技术方案是：
一种高安全性多功能的动力锂电池组，包括：由多个动力锂电池单元串联连接形成的锂电池模组，其中每一所述动力锂电池单元均包括正极电池盒、负极电池盒、多个并联的圆柱电芯、正极并联汇流板和负极并联汇流板，其中所述圆柱电芯设置在所述正极电池盒和所述负极电池盒之间，所述正极并联汇流板设置在所述正极电池盒下方，所述负极并联汇流板设置在所述负极电池盒上方；每两个所述动力锂电池单元通过汇流排将所述正极并联汇流板和所述负极并联汇流板进行串联连接；所述锂电池模组与一温控装置连接。
优选地，每一所述动力锂电池单元还包括一电芯导热隔离装置，该电芯导热隔离装置包括上导热板、防护管、下导热板和侧边导热板，其中所述防护管设置在所述上导热板、所述下导热板和所述侧边导热板之间，所述圆柱电芯设置在所述防护管中。
优选地，每一所述动力锂电池单元还包括一泄压隔离板，其设置在所述正极并联汇流板下方，所述泄压隔离板在靠近所述正极并联汇流板的一侧设有多个凸台，所述凸台与所述正极并联汇流板贴合装配，并在所述泄压隔离板和所述正极并联汇流板之间形成散热通道。
优选地，每一所述动力锂电池单元还包括耐高温绝缘片和防爆隔离板，两者与所述负极并联汇流板贴合装配。
优选地，所述正极电池盒在所述圆柱电芯的正极处留有正极开孔，在正极开孔处设置有正极焊接导电片，该正极焊接导电片在每颗所述圆柱电芯的正极位置处都设有熔断极耳，每一颗所述圆柱电芯的正极均与所述正极焊接导电片实现连接。
优选地，所述负极电池盒在所述圆柱电芯的负极处留有负极开孔，在负极开孔处设置有负极焊接导电片，该负极焊接导电片在每颗所述圆柱电芯的负极位置处都设有熔断极耳，每一颗所述圆柱电芯的负极均与所述负极焊接导电片实现连接。
优选地，所述正极并联汇流板与所述正极焊接导电片焊接成一体，并且所述正极并联汇流板在所述圆柱电芯位置处设有开孔。
优选地，所述负极并联汇流板与所述负极焊接导电片焊接成一体，并且所述负极并联汇流板在所述圆柱电芯位置处设有开孔。
优选地，所述凸台的最大高度为6mm，并且所述凸台的位置与所述圆柱电芯的位置交错排布。
优选地，所述温控装置设置在所述侧边导热板上，其包括但不限于PTC加热装置、加热片加热装置、液体加热装置、冷却液冷却装置、风扇冷却装置。
采用上述技术方案，本发明至少包括如下有益效果：
1.本发明所述的高安全性多功能的动力锂电池组，多个动力锂电池单元串联连接形成的锂电池模组，其通过软连接汇流排将相邻单元所述正极并联汇流板上端折弯和负极并联汇流板上端折弯通过焊接或螺丝紧固的方式进行串联连接，有效的保证了高压连接的可靠性。锂电池模组通过电芯导热隔离装置与外部温控装置连接来控制电芯的温度，确保电芯在极端温度环境下正常工作。
2.本发明所述的高安全性多功能的动力锂电池组，圆柱电芯固定在电芯导热隔离装置中，每颗圆柱电芯都被电芯导热隔离装置分隔在独立的空间内，电芯导热隔离装置对电芯工作过程中产生的热量进行传导吸收；同时，电芯导热隔离装置将每颗电芯包裹隔离提高了整体对热失控状态径向的防护能力，有效的阻止了对并联电芯的热冲击及热失控延展。
3.本发明所述的高安全性多功能的动力锂电池组，每一动力锂电池单元的泄压隔离板带有凸台与正极并联汇流板贴合装配形成散热通道，每一单元负极端安装的耐高温绝缘片和隔离板，致使每一单元的负极被密闭，形成轴向隔离，当发生热失控时，热量无法从负极方向排出，热量只能沿正极方向通过泄压板所形成的散热通道排出，提高了整体对热失控状态轴向的防护能力。
4.本发明所述的高安全性多功能的动力锂电池组，正极焊接导电片的熔断极耳与电芯正极焊接，电芯出现过流时，熔断极耳瞬间熔断，断开电芯连接可以起到保护电芯的作用。
附图说明
图1为本发明所述的锂电池模组的结构示意图；
图2为本发明所述的动力锂电池单元的串联结构示意图(略去温控装置)；
图3为本发明所述的动力锂电池单元的结构示意图；
图4为本发明所述的动力锂电池单元的分解示意图；
图5为本发明所述的电芯导热隔离装置的分解示意图；
图6a为本发明所述的正极焊接导电片的结构示意图；
图6b为图6a的局部放大图；
图7a为本发明所述的泄压隔离板的结构示意图；
图7b为图7a的局部放大图；
图8为本发明所述的耐高温绝缘片和隔离板的安装位置示意图；
图9a为本发明所述的正极并联汇流板与正极焊接导电片的焊接示意图；
图9b为本发明所述的正极并联汇流板与正极焊接导电片的分解示意图；
图10a为本发明所述的负极并联汇流板与负极焊接导电片的焊接示意图；
图10b为本发明所述的负极并联汇流板与负极焊接导电片的分解示意图。
其中：1-泄压隔离板、2-正极并联汇流板、3-正极焊接导电片、4-正极电池盒、5-圆柱电芯、6-电芯导热隔离装置、7-负极电池盒、8-负极焊接导电片、9-负极并联汇流板、10-耐高温绝缘片、11-隔离板、12-上导热板、13-防护管、14-下导热板、15-侧边导热板、16-软连接汇流排、17-锂电池模组、18-温控装置，19-动力锂电池单元，20-凸台，21-熔断极耳。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
如图1至图10所示，为符合本发明的一种高安全性多功能的动力锂电池组，包括：由多个动力锂电池单元19串联连接形成的锂电池模组17，其中每一所述动力锂电池单元19均包括正极电池盒4、负极电池盒7、多个并联的圆柱电芯5、正极并联汇流板2和负极并联汇流板9，其中所述圆柱电芯5设置在所述正极电池盒4和所述负极电池盒7之间，所述正极并联汇流板2设置在所述正极电池盒4下方，所述负极并联汇流板9设置在所述负极电池盒7上方；每两个所述动力锂电池单元19通过汇流排(优选为软连接汇流排16，其结构如图2所示)将所述正极并联汇流板2和所述负极并联汇流板9进行串联连接；所述锂电池模组17与一温控装置18连接。
优选地，每一所述动力锂电池单元19还包括一电芯导热隔离装置6，该电芯导热隔离装置6包括上导热板12、防护管13、下导热板14和侧边导热板15，其中所述防护管13设置在所述上导热板12、所述下导热板14和所述侧边导热板15之间，所述圆柱电芯5设置在所述防护管13中。优选地，所述上导热板12、所述下导热板14和所述侧边导热板15均为导热铝板，所述防护管13为防护铝管。
优选地，每一所述动力锂电池单元19还包括一泄压隔离板1，其设置在所述正极并联汇流板2下方，所述泄压隔离板1在靠近所述正极并联汇流板2的一侧设有多个凸台20，所述凸台20与所述正极并联汇流板2贴合装配，并在所述泄压隔离板1和所述正极并联汇流板2之间形成散热通道。
优选地，每一所述动力锂电池单元19还包括耐高温绝缘片10和防爆隔离板11，两者与所述负极并联汇流板9贴合装配。
优选地，所述正极电池盒4在所述圆柱电芯5的正极处留有正极开孔，在正极开孔处设置有正极焊接导电片3，该正极焊接导电片3在每颗所述圆柱电芯5的正极位置处都设有熔断极耳21，每一颗所述圆柱电芯5的正极均与所述正极焊接导电片3实现连接。
优选地，所述负极电池盒7在所述圆柱电芯5的负极处留有负极开孔，在负极开孔处设置有负极焊接导电片8，该负极焊接导电片8在每颗所述圆柱电芯5的负极位置处都设有熔断极耳，每一颗所述圆柱电芯5的负极均与所述负极焊接导电片8实现连接。
优选地，所述正极并联汇流板2与所述正极焊接导电片3焊接成一体，并且所述正极并联汇流板2在所述圆柱电芯5位置处设有开孔。
优选地，所述负极并联汇流板9与所述负极焊接导电片8焊接成一体，并且所述负极并联汇流板9在所述圆柱电芯5位置处设有开孔。
优选地，所述凸台20的最大高度为6mm，并且所述凸台20的位置与所述圆柱电芯5的位置交错排布。
优选地，所述温控装置18设置在所述侧边导热板15上，其包括但不限于PTC加热装置、加热片加热装置、液体加热装置、冷却液冷却装置、风扇冷却装置。
优选地，圆柱电芯5插在电芯导热隔离装置6中再装备在正极电池盒4和负极电池盒7中，由卡勾卡合。正极焊接导电片3和正极并联汇流板2焊接成一体，再由正极焊接导电片3的极耳与圆柱电芯5正极焊接。负极焊接导电片8和负极并联汇流板9焊接成一体，再由负极焊接导电片8的极耳与圆柱电芯5负极焊接。泄压隔离板1紧贴正极并联汇流板2装配，耐高温绝缘片10紧贴负极并联汇流板9装配，隔离板11紧贴耐高温绝缘片10装配。
本实施例的工作原理在于：多个动力锂电池单元19串联连接形成的锂电池模组17，其高压连接方式：软连接汇流排16将相邻单元所述正极并联汇流板2上端折弯和负极并联汇流板9上端折弯通过焊接或螺丝紧固的方式进行串联连接，更有效的保证了高压连接的可靠性。锂电池模组17通过电芯导热隔离装置6与外部温控装置18连接来控制电芯的温度，确保电芯在极端温度环境下正常工作。
具体地，所述电芯导热隔离装置6由上导热板12、防护管13、下导热板14、侧边导热板15构成，多个并联的圆柱电芯5固定在电芯导热隔离装置6中，电芯被电芯导热隔离装置6隔离形成单独空间的个体，电芯被包裹在防护管13中，电芯工作过程中产生的热量被防护管13吸收，再由防护管13传导到下导热板14、上导热板12、侧边导热板15这就形成热量的传导散发均衡。当电芯发生热失控时电芯导热隔离装置6又起到隔离保护的作用，隔离失控电芯，保护其余并联的电芯，形成了径向保护，防止热失控的进一步扩展。
每个动力锂电池单元19的正极端安装的泄压隔离板1设计带有多个凸台20，如图7a和图7b所示，凸台20的最大高度6mm，凸台20的位置与圆柱电芯5的位置交错排布，即圆柱电芯5位置正对泄压隔离板1镂空的位置，这样便给热量释放留有足够的空间，泄压隔离板1也有隔离的作用，对热冲击起缓解的作用，与前一单元负极的耐高温绝缘片10和隔离板11一起阻挡了热量的冲击。
泄压隔离板1设计带有多个凸台20，凸台20与正极并联汇流板2贴合装配形成散热通道，负极端安装的耐高温绝缘片10和隔离板11，致使模块负极被密闭，形成轴向隔离。当电芯发生热失控时，模块负极有耐高温绝缘纸和隔离钢板隔离阻挡，电芯有防护铝管包裹，电解液急速从模块正极方向喷出，泄压隔离板1一方面可以隔断高温火焰对相邻模块的冲击，另一方面可以使高温烟气从散热通道迅速导出。避免了大量热量聚集在模块内部，引起周围电芯的连锁反应，以及对前后模块的热冲击，从而形成剧烈的热失控扩展局面。即提高了整体对热失控状态轴向的防护能力。
每个动力锂电池单元19的正极并联汇流板2与正极焊接导电片3以及电芯焊接成一体，负极亦同正极，保证单个动力锂电池单元19高压连接的可靠性。动力锂电池单元19再通过软连接汇流排16将相邻动力锂电池单元19连接，即前一单元的正极并联汇流板2上端和后一单元的负极并联汇流板9上端进行串联连接形成锂电池模组17，形成更加可靠的高压连接。另外，正极并联汇流板2和负极并联汇流板9的上端折弯便于多个动力锂电池单元19高压的串联连接。
正极焊接导电片3的熔断极耳21与电芯正极焊接，该熔断极耳21允许一定范围内的电流通过而不发热，电芯出现过流时，熔断极耳21瞬间熔断，断开电芯连接可以起到保护电芯的作用，防止电芯因过流而导致的热失控。负极同，不赘述。
对所公开的实施例的上述说明，使本领域专业技术人员能够实现或使用本发明。对这些实施例的多种修改对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本发明的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本发明将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。
Claims (10)
1.一种高安全性多功能的动力锂电池组，其特征在于，包括：由多个动力锂电池单元串联连接形成的锂电池模组，其中每一所述动力锂电池单元均包括正极电池盒、负极电池盒、多个并联的圆柱电芯、正极并联汇流板和负极并联汇流板，其中所述圆柱电芯设置在所述正极电池盒和所述负极电池盒之间，所述正极并联汇流板设置在所述正极电池盒下方，所述负极并联汇流板设置在所述负极电池盒上方；每两个所述动力锂电池单元通过汇流排将所述正极并联汇流板和所述负极并联汇流板进行串联连接；所述锂电池模组与一温控装置连接。
2.如权利要求1所述的高安全性多功能的动力锂电池组，其特征在于：每一所述动力锂电池单元还包括一电芯导热隔离装置，该电芯导热隔离装置包括上导热板、防护管、下导热板和侧边导热板，其中所述防护管设置在所述上导热板、所述下导热板和所述侧边导热板之间，所述圆柱电芯设置在所述防护管中。
3.如权利要求1或2所述的高安全性多功能的动力锂电池组，其特征在于：每一所述动力锂电池单元还包括一泄压隔离板，其设置在所述正极并联汇流板下方，所述泄压隔离板在靠近所述正极并联汇流板的一侧设有多个凸台，所述凸台与所述正极并联汇流板贴合装配，并在所述泄压隔离板和所述正极并联汇流板之间形成散热通道。
4.如权利要求1-3任一所述的高安全性多功能的动力锂电池组，其特征在于：每一所述动力锂电池单元还包括耐高温绝缘片和防爆隔离板，两者与所述负极并联汇流板贴合装配。
5.如权利要求1-4任一所述的高安全性多功能的动力锂电池组，其特征在于：所述正极电池盒在所述圆柱电芯的正极处留有正极开孔，在正极开孔处设置有正极焊接导电片，该正极焊接导电片在每颗所述圆柱电芯的正极位置处都设有熔断极耳，每一颗所述圆柱电芯的正极均与所述正极焊接导电片实现连接。
6.如权利要求1-5任一所述的高安全性多功能的动力锂电池组，其特征在于：所述负极电池盒在所述圆柱电芯的负极处留有负极开孔，在负极开孔处设置有负极焊接导电片，该负极焊接导电片在每颗所述圆柱电芯的负极位置处都设有熔断极耳，每一颗所述圆柱电芯的负极均与所述负极焊接导电片实现连接。
7.如权利要求5所述的高安全性多功能的动力锂电池组，其特征在于：所述正极并联汇流板与所述正极焊接导电片焊接成一体，并且所述正极并联汇流板在所述圆柱电芯位置处设有开孔。
8.如权利要求6所述的高安全性多功能的动力锂电池组，其特征在于：所述负极并联汇流板与所述负极焊接导电片焊接成一体，并且所述负极并联汇流板在所述圆柱电芯位置处设有开孔。
9.如权利要求3所述的高安全性多功能的动力锂电池组，其特征在于：所述凸台的最大高度为6mm，并且所述凸台的位置与所述圆柱电芯的位置交错排布。
10.如权利要求1-9任一所述的高安全性多功能的动力锂电池组，其特征在于：所述温控装置设置在所述侧边导热板上，其包括但不限于PTC加热装置、加热片加热装置、液体加热装置、冷却液冷却装置、风扇冷却装置。
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