CN107134557B - 电池模块及电池模组 - Google Patents

Abstract

本发明揭示了一种电池模块及电池模组，电池模块包括电芯支架、汇流板和电芯，其特点是，汇流板安装于电芯支架上电芯电极所在面，汇流板和电芯的正负极之间均通过焊接丝焊接连接，位于电芯正极部分的汇流板，其外层覆盖正极隔离板，位于电芯负极部分的汇流板，其外层覆盖负极导热垫。本发明电芯负极与汇流板之间填充有导热胶，保证焊接丝的稳定性以及良好的散热性能；电芯正极部分设有泄压通道和阻火隔离结构，避免热失控蔓延，不会引起整个电池系统的燃烧，安全性得以极大程度提高；电池模块内包含石墨片，提高了电池模块的散热和均热性能。

Description

电池模块及电池模组

技术领域

本发明涉及一种电池模块及电池模组，属于锂电池安全及储能领域。

背景技术

与传统汽车相比，电动车在环保方面具有明显的优势。废弃污染和噪音污染是内燃机汽车的两大污染。电动车则不消耗汽油，无废气污染，低噪音，辐射小，是一种理想的清洁交通工具。随着人类的环保意识的增强，电动车的应用日益广泛，从而电动车用电池模块和电池模组的开发成为一项重要的课题。

现有技术中电池模块存在难以散热以及散热不均的问题，影响电池模块工作的稳定性。针对这一问题，已有多种解决方案，中国专利CN106340696A，采用电芯外部缠绕加热和冷却管路，液体循环的方式。但上述方案使得电池模块总重量大大增加，同时具由短路、漏液等安全隐患，振动条件下容易失效。中国专利CN106257742A所述技术，受微热管自身特性限制，电池系统有一定放置角度要求，并且热管制备有一定形状限制，与电芯不易紧密贴合，影响散热效果。中国专利CN205863335U在使用热管的基础上，增加了模块的散热翅片加强对流散热效果，单势必增加模块重量，降低系统能量密度。同时翅片散热需要额外空气对流空间，体积也会明显增大，产品不具备竞争优势。

此外，电池模块中的各个电芯在长时间工作后会出现电芯起火或产生高热量的气体泄放，一个电芯出现起火或产生高热量的气体可能会造成相邻电芯的损坏，针对此问题，还没有很好的解决方案。

发明内容

本发明的目的就是为了解决现有技术存在的上述问题，从而提供一种电池模块及电池模组，提高电池模块的散热性能和散热均匀性，并且防止电池热失控，避免整个电池模块损坏的情况发生。

本发明的技术解决方案是：一种电池模块，包括电芯支架、汇流板和电芯，所述电芯支架上设有电芯安装孔，所述电芯安装于电芯安装孔内，所述汇流板上设有通孔，各个通孔与电芯安装孔的位置相对应，所述汇流板安装于所述电芯支架上电芯电极所在面，所述汇流板和电芯的电极之间均通过焊接丝相连接，位于电芯正极部分的汇流板，其外层覆盖正极隔离板，位于电芯负极部分的汇流板，其外层覆盖负极导热垫。

进一步地，上述电池模块，其中：所述正极隔离板和负极导热垫的外周边缘连接有PI隔离膜，所述正极隔离板和负极导热垫的外层均覆盖有石墨片，所述石墨片的外层覆盖有导热板。

进一步地，上述电池模块，其中：所述电芯支架的各个电芯安装孔外周方向上，部分设有阻隔片，所述阻隔片突出于电芯安装孔，电芯安装孔外周未设置阻隔片的部分形成开口。

进一步地，上述电池模块，其中：位于所述电芯负极部分的汇流板，其通孔周边设有凹槽，所述焊接丝一端与电芯的负极连接，另一端连接于凹槽内，整个凹槽内以及电芯负极至阻隔片外沿的空间内填充有导热胶，所述负极导热垫通过导热胶与位于电芯负极部分的汇流板相连接。

更进一步地，上述电池模块，其中：位于电芯正极部分的汇流板，其厚度小于阻隔片的高度，所述正极隔离板安装于阻隔片最外沿的外侧，电芯支架、汇流板、开口、正极隔离板以及各个相邻电芯安装孔之间的阻隔片之间形成泄压通道。

更进一步地，上述电池模块，其中：所述电芯支架的外周面设有泄压口，所述泄压口与所述泄压通道相连通。

更进一步地，上述电池模块，所述电芯安装孔沿阻隔片中垂线方向相邻排布，所述电芯安装孔沿开口朝向方向间隔排布。

本发明还公开了一种电池模组，包括至少两个上述电池模块，各个电池模块之前通过连接件连接，位于两端最外侧的电池模块，其外层设有绝缘隔板，所述绝缘隔板外部设有模组支架。

本发明突出的实质性特点和显著的技术进步主要体现在：

（1）电芯和汇流板之间通过焊接丝焊接连接，在电芯发生异常，造成实际输出电流超过限制电流时，焊接丝会发生熔断，使得该异常电芯和汇流板断开，不会影响其余电芯的工作；

（2）电芯负极与汇流板之间填充有导热胶，电芯负极部分的汇流板外层连接有负极导热垫，保证焊接丝的稳定性以及良好的散热性能；

（3）电芯正极部分设有泄压通道和阻火隔离结构，当个别电芯起火或产生高热量的气体泄放时，高能高热物质不会直接接触其他电芯，会被引导致模块以外迅速减压降温，避免热失控蔓延，不会引起整个电池系统的燃烧，安全性得以极大程度提高；

（4）正极隔离板和负极导热垫外层设有石墨片，石墨片具有很好的导热性能和均热性能，提高电池模块的散热性能和温度均匀性，保证电池模块的工作稳定性。

附图说明

图1是本发明电池模块爆炸图；

图2是电芯负极部分结构示意图；

图3是电芯负极部分剖视图；

图4是电芯正极部分结构示意图；

图5是电芯正极部分俯视图；

图6是泄压口示意图；

图7是电池模块顶面电芯排布示意图；

图8是电池模组示意图。

图中，各附图标记的含义为：1—电芯支架，2—汇流板，3—负极导热垫，4—正极隔离板，5—PI隔离膜，6—石墨片，7—导热板，8—焊接丝，9—电芯，10—连接件，11—绝缘隔板，12—模组支架，13—采集板，14—阻隔片，15—开口，16—泄压通道，21—凹槽，22—引出汇流板。

具体实施方式

以下结合附图，对本发明的具体实施方式作进一步详述，以使本发明技术方案更易于理解和掌握。

如图1所示，现定义电池模块中电芯9的电极所在面为上、下面，电芯支架1外周对应长边所在面为前、后面，电芯支架1外周对应短边所在面为左、右面。

如图1、图2和图4所示，电池模块包括电芯支架1、汇流板2、负极导热垫3、正极隔离板4、PI隔离膜5、石墨片6、导热板7和电芯9，电芯支架1上设有电芯安装孔，电芯9安装于电芯支架1的电芯安装孔内，汇流板2安装于电芯支架1的上、下面，上、下汇流板2和各个电芯9的正负极之间均通过焊接丝8焊接连接，焊接丝8贯穿电芯安装孔和汇流板2的通孔。位于电芯9正极部分的汇流板2，其外层覆盖正极隔离板4，位于电芯9负极部分的汇流板2，其外层覆盖负极导热垫3，PI隔离膜5设于上、下正极隔离板4和负极导热垫3外周边缘，石墨片6覆盖于上、下正极隔离板4和负极导热垫3外层，导热板7覆盖于上、下石墨片6外层。以18650电芯为例，由于电芯9自身结构关系，电芯9在工作时，其负极端温度较高，因此需针对电芯9的负极部分进行散热。此外，如图5所示，电芯9的正极端设有泄压口91，因此，需针针对电芯9的正极部分做防热失控处理。因此，对应电芯9正极部分设置正极隔离板4，对应电芯9负极部分设置负极导热垫3，PI隔离膜是一种防绝缘且导热材料，在不影响导热功能的前提下可防止漏电，石墨片6兼具很好的导热性和均热性，保证电池模组表面的温度均匀性，且可很好地将热量传导至外层的导热板7。其中焊接丝8优选为铝丝，汇流板2和导热板7优选为铝板。电芯支架1上还设有采集板13，采集板13与电池模块内的电芯9相连接，便于检测装置通过采集板检测电芯相关数据。电芯支架1上设有两块引出汇流板22，引出汇流板22和汇流板2相连，引出汇流板22即对应电池模块的正负极。

如图2和图3所示，在电芯支架1的各个电芯安装孔外周方向上，部分设有阻隔片14，阻隔片14突出于电芯支架1的电芯安装孔，电芯安装孔未设置阻隔片的部分形成开口15，位于电芯9负极部分的汇流板2，其通孔周边设有凹槽21，凹槽21的开口朝向阻隔片14所形成开口15，焊接丝8一端与电芯9的负极焊接连接，另一端焊接于汇流板2上的凹槽21内，整个凹槽21内以及电芯9负极至阻隔片14外沿的空间内填充有导热胶，导热胶包裹整个焊接丝8，保证焊接丝8的稳定性，负极导热垫3通过导热胶黏贴于汇流板2外层。通过导热胶可将电芯9负极的热量传导至负极导热垫3上，使得整个负极导热垫3均可作为散热面，其散热面积大，散热效果好。

如图4和图5所示，在电芯支架1的各个电芯安装孔外周，部分设有阻隔片14，阻隔片14突出于电芯支架1的电芯安装孔，未设置阻隔片的部分形成开口15，阻隔片14设有两个，相应地形成两个开口15，两个开口15形成一条通道。位于电芯9正极部分的汇流板2，其厚度小于阻隔片14的高度，正极隔离板3安装于阻隔片14最外沿的外侧，从而使得电芯支架1、汇流板2、开口15、正极隔离板3以及相邻电芯安装孔之间的阻隔片14之间形成泄压通道16。泄压通道16的高度优选为0.5~4mm，特别优选为1~3mm。如图6所示，电芯支架1的外周面设有泄压口17，且泄压口17与泄压通道16相连通。如图4所示，由于设置有阻隔板14，若电芯9正极喷火或喷出热气压，在左右方向上受到阻隔板14限制，无法喷出，只经泄压通道16从泄压口17喷出。

如图4和图7所示，电芯9正极只能在前后方向（图7中箭头所指方向）喷火或热气压。电芯安装孔左右方向相邻排布，而在前后方向间隔排布，使得前后方向的相邻电芯9的间距较大，从而保证当一个电芯9喷火时，其喷火距离小于前后方向上相邻电芯9的距离。这里需要说明的是，上述左右方向和前后方向排布电芯9仅为优选方案，其原因时因为阻隔片14左右方向排布，其开口15前后方向排布，只要保证在沿所开口15朝向的方向上，电芯支架内相邻的电芯安装孔间距处于安全距离，即间距大于电芯喷火的最大距离，保证各个电芯9之间互不影响即可。基于此，电芯安装孔沿阻隔片14中垂线方向相邻排布，电芯安装孔沿开口15朝向方向间隔排布。沿阻隔片14中垂线方向相邻的两个电芯9之间的间距优选为15~25mm，沿开口15朝向方向排布的两个电芯9之间间距为25~35mm。

如图7所示，本发明中一个电池模块包括84个电芯9，采用42P2S结构(84个电芯分为两组，一组42个电芯，两组内的42个电芯相互并联，两组电芯相互串联)，电池模块左半部分和右半部分各包含42个电芯9，左半部分的电芯9负极朝向电池模块顶面，右半部分的电芯9正极朝向电池模块顶面。相对应地，如图7所示，位于电芯支架1顶面的汇流板2分为左、右两块独立的汇流板2，左侧汇流板2上设有凹槽21其具体连接结构可参见图2、图3以及上文关于电芯9负极和汇流板2的连接结构描述，同理电池模块顶面右侧汇流板2的具体连接结构可参见图4以及上文关于电芯9正极与汇流板2连接结构的描述。位于电芯支架1底面的汇流板2为一整块完成的汇流板，这样既可实现42P2S的结构，位于电芯支架1底面的汇流板2其对应于电芯9正、负极部分的结构与上述相同，这里不再赘述。当然上述方案仅为优选方案，电池的排布方式根据实际需要而设定，例如可将各个电芯9的负极均朝向电池模块底面，将各个电芯9的正极均朝向电池模块顶面，相应地，位于电芯支架1底面的汇流板2上设置凹槽21，其外侧覆盖负极导热垫3，位于电芯支架1顶面的汇流板2，其外侧覆盖正极隔离板4。

本发明还公开了一种电池模组，如图8所示，一个电池模组内包括6个电池模块，各个电池模块之前通过连接件10连接，位于两端最外侧的电池模块，其外层设有绝缘隔板11，绝缘隔板11外部设有模组支架12。当然，一个电池模组内的电池模块数量不仅限于图8中的6个，至少包含两个电池模块即可，实际使用时可根据需要安装相应个数的电池模块。连接件10优选为连接铜排。

通过以上描述可以看出，本发明所提及的电池模块，由于电芯和汇流板之间通过焊接丝焊接连接，在电芯发生异常，造成实际输出电流超过限制电流时，焊接丝会发生熔断，使得该异常电芯和汇流板断开，不会影响其余电芯的工作。此外，电芯负极与汇流板之间填充有导热胶，电芯负极部分的汇流板外层连接有负极导热垫，保证焊接丝的稳定性以及良好的散热性能，电芯正极部分设有泄压通道和阻火隔离结构，当个别电芯起火或产生高热量的气体泄放时，高能高热物质不会直接接触其他电芯，会被引导致模块以外迅速减压降温，避免热失控蔓延，不会引起整个电池系统的燃烧，安全性得以极大程度提高；此外，正极隔离板和负极导热垫外层设有石墨片，石墨片具有很好的导热性能和均热性能，提高电池模块的散热性能和温度均匀性，保证电池模块的工作稳定性。

当然，以上只是本发明的典型实例，除此之外，本发明还可以有其它多种具体实施方式，凡采用等同替换或等效变换形成的技术方案，均落在本发明要求保护的范围之内。

Claims (6)

1.电池模块，包括电芯支架、汇流板和电芯，所述电芯支架上设有电芯安装孔，所述电芯安装于电芯安装孔内，其特征在于：所述汇流板上设有通孔，各个通孔与电芯安装孔的位置相对应，所述汇流板安装于所述电芯支架上电芯电极所在面，所述汇流板和电芯的电极之间均通过焊接丝相连接，位于电芯正极部分的汇流板，其外层覆盖正极隔离板，位于电芯负极部分的汇流板，其外层覆盖负极导热垫，所述电芯支架的各个电芯安装孔外周方向上，部分设有阻隔片，所述阻隔片突出于电芯安装孔，电芯安装孔外周未设置阻隔片的部分形成开口，位于所述电芯负极部分的汇流板，其通孔周边设有凹槽，所述焊接丝一端与电芯的负极连接，另一端连接于凹槽内，整个凹槽内以及电芯负极至阻隔片外沿的空间内填充有导热胶，所述负极导热垫通过导热胶与位于电芯负极部分的汇流板相连接，位于电芯正极部分的汇流板，其厚度小于阻隔片的高度，所述正极隔离板安装于阻隔片最外沿的外侧，所述电芯支架、汇流板、开口、正极隔离板以及各个相邻电芯安装孔之间的阻隔片之间形成泄压通道，所述电芯支架的外周面设有泄压口，所述泄压口与所述泄压通道相连通。

2.根据权利要求1所述的电池模块，其特征在于：所述正极隔离板和负极导热垫的外层均覆盖有石墨片。

3.根据权利要求2所述的电池模块，其特征在于：所述石墨片的外层覆盖有导热板。

4.根据权利要求1所述的电池模块，其特征在于：所述电芯安装孔沿阻隔片中垂线方向相邻排布，所述电芯安装孔沿开口朝向方向间隔排布。

5.一种电池模组，其特征在于：包括至少两个权利要求1-4中任意一项所述的电池模块，各个电池模块之前通过连接件连接。

6.根据权利要求5所述的电池模组，其特征在于：位于两端最外侧的电池模块，其外层设有模组支架。

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