CN107611327A - 一种锂离子电池模组及电池包 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种锂离子电池模组和电池包，锂离子电池模组包括多个串联的电池模组单元，电池模组单元包括多个单体电池和集流排，单体电池通过集流排进行并联；集流排包括正极焊接片、弹片结构和支撑结构；正极焊接片与单体电池的正极焊接，单体电池的负极通过所述弹片结构压接，支撑结构用于定位及支撑所述单体电池。本发明提供的锂离子电池模组及电池包，采用多功能的集流排，质量轻，提升了电池模组的质量能量密度；各个单体电池通过弹片压接方式实现快速集成，提升了组装的效率，方便锂离子电池的拆卸和重复利用；集流排正极焊接沉台位置的薄弱连接结构设计在单体电池短路时起到熔断保护的作用，提升电池模组和电池包的安全性。

Description

一种锂离子电池模组及电池包

技术领域

本发明涉及锂离子电池组装技术领域，特别涉及一种锂离子电池模组及电池包。

背景技术

近年来，随着环境污染、化石能源危及，不断助推民众及政府部门对新能源的关注，尤其是新能源动力锂离子电池的应用，备受关注。各国均针对新能源动力锂离子电池出台了大量相关政策。

锂离子电池是一种二次电池(充电电池)，它主要依靠锂离子在正极和负极之间移动来工作。在充放电过程中，Li+在两个电极之间往返嵌入和脱嵌：充电时，Li+从正极脱嵌，经过电解质嵌入负极，负极处于富锂状态；放电时则相反。锂离子电池能量密度大，平均输出电压高。自放电小，好的电池，每月在2％以下(可恢复)。没有记忆效应。工作温度范围宽为-20℃～60℃。循环性能优越、可快速充放电、充电效率高达100％，而且输出功率大。使用寿命长。不含有毒有害物质，被称为绿色电池。

针对2016年以来，中国新能源市场对新能源的政策导向，尤其是针对应用于新能源汽车领域的动力锂离子电池的国标政策紧锣密鼓出台，相关政策导向明显，所有导向指向：1、能量密度要不断提升；2、电池要具备回收及梯次利用的能力；3、保证电池应用过程安全；然而在前些年本领域对此三个方面关注度不够，导致之前所涉及的技术设计及批量产品对以上三点考虑不够。

发明内容

本发明为解决现有技术的上述缺陷，提供一种锂离子电池模组单元及电池包。

一方面，本发明提供一种锂离子电池模组，包括多个串联的电池模组单元，所述电池模组单元包括多个单体电池和集流排，所述多个单体电池在所述集流排中并联；所述集流排包括正极焊接片、弹片结构和支撑结构；所述正极焊接片与所述单体电池的正极焊接，所述单体电池的负极通过所述弹片结构压接，所述支撑结构用于定位及支撑所述单体电池。

其中，所述弹片结构的材质为金属材料。

其中，所述弹片结构包括弹片上侧的弹片压接端和弹片底部的弹片焊接底角，所述弹片焊接底角固定连接在集流排的弹片安装沉台上。

其中，所述支撑结构包括集流排下凸台和集流排上凸台，所述集流排下凸台和集流排上凸台分别设置于集流排上下两侧。

其中，所述集流排与单体电池正极连接处设置正极焊接沉台。

其中，所述正极焊接沉台上设置开孔，用于在电池vent开启时泄压。

其中，所述开孔与所述正极焊接片之间设置有薄弱连接结构，当单体电池发生短路，薄弱连接结构熔断。

其中，所述薄弱连接结构为连接片，所述连接片为螺旋曲线结构。

其中，所述锂离子电池模组还包括锂离子电池快速集成结构配件，所述锂离子电池快速集成结构配件设置在所述电池模组单元的上下端面及侧面。

另一方面，本发明还提供一种锂离子电池包，包括上述锂离子电池模组和箱体，所述箱体内设置卡槽，所述锂离子电池模组通过卡槽固定连接在箱体内。

本发明提供的锂离子电池模组及电池包，通过特制的集流排代替传统电池模组中的集流排、导流延伸柄以及结构支架，集成3种部件的功能，降低了配件在电池模组中的重量占比，从而提升了电池模组的质量能量密度；结构简单易实现批量及自动化，组装成本低廉；各个单体电池通过弹片压接方式实现快速集成，提升了组装的效率，方便锂离子电池的拆卸和重复利用；集流排正极焊接沉台位置的薄弱连接结构设计在单体电池短路时起到熔断保护的作用，提升电池包的安全性。

附图说明

图1为根据本发明实施例提供的锂离子电池模组单元结构示意图；

图2为根据本发明实施例提供的集流排结构示意图；

图3为根据本发明实施例提供的电池模组结构分解示意图；

图4为根据本发明实施例提供的弹片结构示意图；

图5为根据本发明实施例提供的弹片组装结构示意图；

图中：1：集流排；2：弹片；3：单体电池；11：集流排下凸台；12：集流排上凸台；13：弹片安装沉台；14：正极焊接沉台；15：正极焊接片；16：连接片；17：开孔；21：弹片压接端；22：弹片焊接底脚。

具体实施方式

为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，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地描述，显然，所描述的实施例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。

本发明实施例提供的锂离子电池模组包括多个串联的电池模组单元，图1为根据本发明实施例提供的锂离子电池模组单元结构示意图，如图1所示，所述电池模组单元包括多个单体电池3和集流排1，多个单体电池3在集流排1中并联；图2为根据本发明实施例提供的集流排结构示意图，如图2所示，所述集流排包括正极焊接片15、弹片结构和支撑结构；所述正极焊接片15与所述单体电池3的正极焊接，所述单体电池3的负极通过所述弹片结构压接，所述支撑结构用于定位支撑所述单体电池3。

本发明提供的锂离子电池模组，通过特制的集流排代替传统电池模组中的集流排、导流延伸柄以及结构支架，集成3种部件的功能，降低了配件在电池模组中的重量占比，从而提升了电池模组的质量能量密度；结构简单易实现批量及自动化，组装成本低廉；各个单体电池通过弹片压接方式实现快速集成，提升了组装的效率，方便锂离子电池的拆卸和重复利用；集流排正极焊接沉台位置的薄弱连接结构设计在单体电池短路时起到熔断保护的作用，提升锂离子电池模组的安全性。

具体地，电池模组单元包括多个单体电池和集流排，图3为根据本发明实施例提供的电池模组结构分解示意图，如图3所示，集流排包括正极焊接片15、弹片结构和支撑结构，在单体电池3正极焊接在正极焊接片15位置，负极采用弹片2结构将相邻的单体电池3压接。支撑结构包括集流排上凸台12和集流排下凸台11，集流排上凸台12及集流排下凸台11将单体电池3卡住，起到定位支撑的作用。同一集流排1上焊接的多个单体电池3为并联，多个电池模组单元通过集流排插接组装完成单体电池3的串联，构成锂离子电池模组。

如图1和图2所示，集流排1上包括弹片2，弹片2与电池3正极短焊接的正极焊接片15、起到定位支撑作用的集流排上凸台12及集流排下凸台11，替代传统集成方案中的注塑支架和导流延伸柄，进而将传统结构的注塑支架、导流延伸柄以及集流排的功能集成到一个特制的集流排1上；所述弹片2结构借助单体电池3之间的间隙，使相邻的单体电池3压接，并起到稳定且可靠的导流作用。本实施例中，集流排上凸台12及集流排下凸台11是在集流排上通过一体冲压成型方案制备，没有引入第二部件。在电池集成装配过程中，集流排上凸台12与电池3负极端进行配合，集流排下凸台11与电池3正极端进行配合，该结构可为单体电池3提供有效的定位及支撑并且其结构简单、质量轻。

在上述实施例的基础上，所述弹片结构的材质为金属材料，导热性能好，本发明实施例采用弹片结构对单体电池进行压接，与传统方案采用注塑支架对电池进行包覆相比，便于电池在工况下的热量散发，为整个系统的热管理提供了便利；由于集流排及弹片本身不可燃，故可有效提高电池包整体的阻燃特性；减少了注塑支架的使用，便于电池包后期的回收利用，减少塑料制品对环境的不良影响。

图4为根据本发明实施例提供的弹片结构示意图；图5为根据本发明实施例提供的弹片组装结构示意图；如图4和图5所示，弹片结构包括弹片2上侧的弹片压接端21和弹片2底部的弹片焊接底角22，所述弹片焊接底角22固定连接在集流排1的弹片安装沉台13上。弹片2的特点是，只在一个方向——最小刚度平面上容易弯曲，而在另一个方向上具有大的拉伸刚度及弯曲刚度。因此，片弹簧很适宜用来做检测仪表或自动装置中的敏感元件、弹性支承、定位装置、挠性连接等。

在上述各实施例的基础上，集流排1与单体电池3正极连接处设置正极焊接沉台14，所述正极焊接沉台14上设置正极焊接片15，所述单体电池3的正极焊接于集流排1的正极焊接片15位置。所述正极焊接沉台14上设置开孔17，用于在电池vent开启时泄压。

vent指在电池壳体或上盖特定部位设计的安全装置，在电芯内部气压超出正常范围后，此装置能够爆开释放压力，以保护电芯不发生爆炸。本实施例中，在正极焊接沉台14上设置开孔17，能够在单体电池vent开启时，配合单体电池3进行泄压，防止锂离子电池压力过大发生爆炸。

在上述各实施例的基础上，开孔17与正极焊接片15之间设置有薄弱连接结构，当单体电池3发生短路时，薄弱连接结构熔断。

当单体电池3发生内短路，发生电流倒灌，导致薄弱连接结构熔断，起到保险丝作用。薄弱连接结构的设计可以防止单体电池3短路导致安全事故，提升锂离子电池模组的安全性。

在上述各实施例的基础上，所述薄弱连接结构为连接片，所述连接片16为螺旋曲线结构。如图2所示，连接片16为圆周分布的三条螺旋曲线结构，该结构可保证单体电池3的正极与正极焊接片15焊接后，当单体电池3与特制集流排1发生相对移动时，螺旋曲线结构提供一定缓冲作用。相较于直线结构，螺旋曲线结构可避免连接片16被过度拉伸而影响连接片性能的稳定性。当单体电池3快速拆卸重复利用时，连接片16可以简便快速的断开，不影响电池的二次应用。

在上述各实施例的基础上，所述锂离子电池模组还包括锂离子电池快速集成结构配件，所述锂离子电池快速集成结构配件用于锂离子电池模组单元的端面压接以及侧边的绝缘保护。锂离子电池快速集成结构配件根据电池模组单元的外形尺寸设计，电池模组单元的上下两端及侧边采用锂离子电池快速集成结构配件进行压接，快速集成结构配件起到绝缘及结构骨架的作用。

在上述各实施例的基础上，本发明实施例提供的锂离子电池包，包括上述锂离子电池模组和箱体，所述箱体内设置卡槽，所述锂离子电池模组通过卡槽固定连接在箱体内。

在电池包制备过程中，根据锂离子电池模组的结构特点，将箱体特定位置做出卡槽位，以便固定锂离子电池模组。本发明实施例提供的锂离子电池包，通过特制的集流排代替传统电池模组中的集流排、导流延伸柄以及结构支架，集成3种部件的功能，降低了配件在电池模组中的重量占比，从而提升了电池包的质量能量密度；各个电池通过弹片压接方式实现快速集成，提升了组装的效率，方便锂离子电池的拆卸和重复利用；集流排正极焊接沉台位置的薄弱连接结构设计在单体电池短路时起到熔断保护的作用，提升了锂离子电池包的安全性。

以下举例说明上述实施例，针对本发明实施例提供的锂离子电池包和传统锂离子电池包，进行电池包重量以及电池包安全性方面对比。

选用标准的26650钢壳三元体系电池作为设计样本，采用32并156串电池包作为比对设计对象，在对比之前将同批次同等级的9728pcs电池随机分成两组，分别用于制备本发明实施例提供的锂离子电池包和传统锂离子电池包，制备过程中在9728颗单体电池中用设计的内短路电池替换出两个，分别置于两个电池包样品的同一个位置中。

本发明实施例提供的电池包组装过程，锂离子电池模组单元的集流排正极焊接沉台位置设置开孔及薄弱连接结构，将电池正极焊接在沉台的正极焊接片位置，电池负极采用弹片结构将电池压接，将上述锂离子电池模组单元串联，采用锂离子电池快速集成结构配件将多个锂离子电池模组单元进行压接，组成锂离子电池模组。将锂离子电池模组安装到有卡槽的箱体内部，组成本发明实施例提供的电池包，记为样品一；

传统的电池包组装过程中，将电池安置在上下支架中，用集流排将电池正极端以及负极端分别进行点焊，以此组成单一的电池模组，单一模组层叠起来，两端用压板及绝缘材质将端面压接，通过长螺杆贯穿整个电池模组，通过螺杆螺母将两端面的压板压紧，实现模组间的压接导通，将以此组成的模组安装到电池箱体内，用螺栓将模组固定到电池箱体上，组装成传统的锂离子电池包，记为电池包样品二。

利用电子称重设备对样品一和样品二进行称重，得出样品一和样品二的重量对比(计算集流排、支架、压板以及卡槽重量)，重量对比如下表所示：

分类	样品一	样品二
			集流排	10.4Kg	6.688Kg
支架重量	--	42.56Kg
			外接集流排	--	0.836Kg

实验结果表明，样品一重量相较样品二可减轻39.684Kg。因此本发明实施例提供的锂离子电池包，降低了配件在电池包中的重量占比，从而提升了电池包的质量能量密度。

将电池内部设计的短路电池引爆，测量样品一和样品二短路电池引爆前后的电压，检测两个样品短路拆解后的状态；测量结果如下表所示：

由实验结果可知，样品二中单体电池短路后，电池包内部起烧，集流排熔融，电池烧毁。对于本发明实施例提供的样品一电池包，当单体电池发生内短路时，发生电流倒灌，电池包中集流排上设置的薄弱连接结构熔断，起到保险丝的作用。薄弱连接结构的设计可以防止单体电池短路导致安全事故，提升锂离子电池模组的安全性。

需要说明的是，在本文中，诸如第一和第二等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法、物品或者设备中还存在另外的相同要素。术语“上”、“下”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

最后应说明的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然能够对前述各个实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各个实施例技术方案的精神和范围。

Claims (10)

1.一种锂离子电池模组，其特征在于，包括多个串联的电池模组单元，所述电池模组单元包括多个单体电池和集流排，所述多个单体电池在所述集流排中并联；所述集流排包括正极焊接片、弹片结构和支撑结构；所述正极焊接片与所述单体电池的正极焊接，所述单体电池的负极通过所述弹片结构压接，所述支撑结构用于定位及支撑所述单体电池。

2.根据权利要求1所述的锂离子电池模组，其特征在于，所述弹片结构的材质为金属材料。

3.根据权利要求1或2所述的锂离子电池模组，其特征在于，所述弹片结构包括弹片上侧的弹片压接端和弹片底部的弹片焊接底角，所述弹片焊接底角固定连接在集流排的弹片安装沉台上。

4.根据权利要求1所述的锂离子电池模组，其特征在于，所述支撑结构包括集流排下凸台和集流排上凸台，所述集流排下凸台和集流排上凸台分别设置于集流排上下两侧。

5.根据权利要求1所述的锂离子电池模组，其特征在于，所述集流排与单体电池正极连接处设置正极焊接沉台。

6.根据权利要求5所述的锂离子电池模组，其特征在于，所述正极焊接沉台上设置开孔，用于在电池vent开启时泄压。

7.根据权利要求6所述的锂离子电池模组，其特征在于，所述开孔与所述正极焊接片之间设置有薄弱连接结构，当单体电池发生短路时，薄弱连接结构熔断。

8.根据权利要求7所述的锂离子电池模组，其特征在于，所述薄弱连接结构为连接片，所述连接片为螺旋曲线结构。

9.根据权利要求1所述的锂离子电池模组，其特征在于，所述锂离子电池模组还包括锂离子电池快速集成结构配件，所述锂离子电池快速集成结构配件设置在所述电池模组单元的上下端面及侧面。

10.一种锂离子电池包，其特征在于，包括如权利要求1～9所述的锂离子电池模组和箱体，所述箱体内设置卡槽，所述锂离子电池模组通过卡槽固定连接在箱体内。