CN107732059B - 一种方形锂电池标准化模组封装壳体及pack方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种新型方形锂电池标准化模组封装壳体及PACK方法，包括上盒、下盒、盒盖、电极基板，盒盖外侧前后端中央向内冲压形成安装槽并在盒盖内侧前后端形成安装凸台，安装槽外侧端设有条形卡槽，电极基板与安装凸台固定相连，电极基板一侧中央设有第一卡片，第一卡片垂直折弯形成第二卡片，第二卡片折弯形成第三卡片；电极基板安装在盒盖内部；上盒和下盒相互卡合；形成标准化电池组单元；多个标准化电池组单元依次拼接。本发明通过互嵌式的结构设计，且自动互嵌限位，便于高效快速拼装成大型电池组，免除所有焊接工艺，有效降低电池成组的成本，也便于拆卸维保；散热效果明显，同时减轻了重量，有利于提高电池模组的重量能量密度。
Description
技术领域
本发明属于电池封装领域，尤其涉及一种新型方形锂电池标准化模组封装壳体及PACK方法。
背景技术
随着科技的进步和人类环境保护意识的增强，国内外的绿色能源产业已经进入了高速发展的阶段，将碳用于负极、将锂过渡金属复合氧化物用于正极以及将碳酸盐混合物用于电解质的大容量锂离子电池已开始广泛应用。
传统的二次电池(铅酸电池、镍镉电池等)由于其高污染(生产过程及材料)、具有毒性(铅、镉)、低能量密度低电压平台等严重缺陷已无法满足当今诸多新技术产业和自然环境的发展需求。铅酸蓄电池的应用已有一百多年的历史，已经给人类生存自然环境带来了巨大的破坏。
新型环保锂离子动力/储能电池主要是指以新型正极材料(磷酸亚铁锂、镍钴锰复合三元、锰酸锂等)为特征的具有较高能量密度的二次电池。与传统的高污染、有毒的铅酸电池及镍镉相比，新型锂离子电池具有以下突出的优点：单体电池可实现大容量和高能量密度(同等重量下容量是铅酸电池3倍以上，同等容量下体积是铅酸电池的1/3左右)、自放电率低及荷电保持能力强、使用循环寿命长、高安全性、使用简单免维护、，材料无毒性无污染及清洁环保与环境友好。
因此，锂离子电池作为移动电源其应用领域范围在不断被拓展。民用已从信息产业(移动电话、PDA、笔记本电脑、电子设备等)扩展到现代交通产业(电动汽车、电动自行车、电动特种车辆等)、新能源储能产业(分布式微电网、太阳能蓄电应用、风能电站蓄电、通信铁路与电力设备后备电源、UPS电源等等)，军用则涵盖了海(潜艇、水下机器人)、陆(各种背负式通信装备、陆军士兵系统、机器战士等)、天(无人飞机)、空(卫星、飞船等)诸兵种等。这些广泛应用对锂电池形成的电源模块的重量比、体积比、安全性、电池组的封装结构和生产效率等提出了更高的要求。
锂离子电池组电源通常是由多个锂离子电池单体通过并串组合封装而成。在大容量、高功率、高电压的锂离子电池电源的生产中，通常是将电池单体进行串联组合实现高压，将电池单体进行并联组合提高容量。其中，锂离子电池单体按照壳体的不同，有铝壳/钢壳电池和软包电池两种。按照外形的不同目前主要有方形和圆柱两种。铝壳/钢壳电池单体具有强度高、抗压性好、安全性高、外部组装简便的优点；软包装锂电池单体，虽然外形可塑性强，体积能量密度大，但单体封装技术尚有待提高，现有技术中应用软包装锂电池单体形成的电源，散热性差，结构复杂不易组装，同时无法对电池起到安全的保护作用，使用寿命短。
总体上，当前大型大功率动力锂电池的应用还是以方形和圆柱型锂离子动力电池为主流。
发明内容
本发明的目的在于克服现有技术存在的以上问题，提供一种新型方形锂电池标准化模组封装壳体及PACK方法，有效改善散热性效果，提高使用寿命。
为实现上述技术目的，达到上述技术效果，本发明通过以下技术方案实现：
一种新型方形锂电池标准化模组封装壳体，包括上盒、下盒、盒盖、电极基板；
所述上盒包括第一盒板，第一盒板前后侧向下垂直折弯形成第一前侧板和第一后侧板，第一盒板左侧垂直设有第一端盖板；第一盒板外表面左侧设有第一条形凸起，第一盒板外表面右侧设有第二条形凸起；第一前侧板底部两端对称设有两个第一凸台，两个第一凸台之间形成第一沟槽，第一后侧板底部中央设有与第一沟槽相配合的第三条形凸起；
所述下盒包括第二盒板，第二盒板前后侧向上垂直折弯形成第二前侧板和第二后侧板，第二盒板左侧垂直设有第二端盖板；第二盒板外表面左侧两端对称设有两个第二凸台，两个第二凸台之间形成与第一条形凸起相配合的第二沟槽，第二盒板外表面右侧两端对称设有两个第三凸台，两个第三凸台之间形成与第二条形凸起相配合的第三沟槽；第二前侧板顶部两端对称设有与第一凸台相对应的两个第四凸台，第二后侧板顶部中央设有与第三条形凸起相对应的第四条形凸起；
所述盒盖为盒体结构，盒盖外侧前后端中央向内冲压形成安装槽并在盒盖内侧前后端形成安装凸台；安装槽外侧端设有条形卡槽；盒盖顶部左侧中央设有与第二条形凸起相对应的第五条形凸起，盒盖底部左侧两端对称设有与第三凸台相对应的两个第五凸台；
所述电极基板与安装凸台固定相连，电极基板一侧中央设有第一卡片，第一卡片垂直折弯形成第二卡片，第二卡片穿过条形卡槽并垂直折弯形成第三卡片。
进一步地，所述安装槽中央设有定位凸台，定位凸台中央设有第一螺纹通孔，第三卡片中间设有与第一螺纹通孔相对应的固定孔，且第三卡片通过螺钉与定位凸台固定相连。
进一步地，所述安装凸台周侧对称设有两个定位凸起，定位凸起中央设有第二螺纹通孔，电极基板表面对称设有与第二螺纹通孔相对应的定位孔，且电极基板通过螺钉与安装凸台固定相连。
进一步地，两个安装凸台之间对称设有两个相互平行的加强板。
进一步地，所述电极基板表面沿直线方向均布有与电芯相对应的电极连接组件，电极连接组件由冲压形成的压紧凸片以及对称分布在压紧凸片两端的电极连接柱组成；且所述封装壳体内部空腔的厚度等于电芯厚度的整倍数。
进一步地，所述上盒、下盒、盒盖的表面均分布有散热孔。
进一步地，所述第一凸台与第四凸台之间、第三条形凸起与第四条形凸起之间、第二条形凸起与第五条形凸起之间、第三凸台与第五凸台之间均通过螺钉固定相连。
进一步地，所述上盒、下盒表面沿直线方向均布有条形凹槽，相邻条形凹槽之间设有条形加强筋。
进一步地，所述第一条形凸起、第二条形凸起、第二凸台、第三凸台、第五条形凸起、第五凸台的高度相同，第一凸台、第三条形凸起、第四凸台、第四条形凸起的高度相同。
本发明还提供一种新型方形锂电池标准化模组封装壳体PACK方法，所述方法包括以下步骤：
步骤一：首先将两个电极基板通过螺钉对称安装在盒盖内部两端的安装凸台上；
步骤二：上盒和下盒相互卡合，分别将第一凸台与第四凸台、第三条形凸起与第四条形凸起相互接合并通过螺钉固定相连，从而形成用于安装电芯的盒体结构；
步骤三：在上盒和下盒形成的盒体结构中装入电芯，电芯装入后，将安装有电极基板的盒盖固定在上盒和下盒形成的盒体结构端口处，分别将第二条形凸起与第五条形凸起、第三凸台与第五凸台相互接合并通过螺钉固定相连，从而形成电池组单元；
步骤四：此时第二条形凸起与第五条形凸起相连形成第六条形凸起，第三凸台与第五凸台相连形成两个第六凸台，两个第六凸台之间形成第四沟槽；第一凸台与第四凸台相连形成两个第七凸台，两个第七条凸台之间形成第五沟槽，第三条形凸起与第四条形凸起相连形成第七条形凸起；
将多个电池组单元按照矩形阵列的方式依次进行拼接；
对于同一行的若干电池组单元：将电池组单元的第六条形凸起装入相邻电池组单元的第四沟槽中，将电池组单元第一条形凸起装入相邻电池组单元的第二沟槽中；
对于同一列的若干电池组单元：将电池组单元的第七条形凸起装入相邻电池组单元的第五沟槽。
本发明的有益效果是：
1、本发明通过互嵌式的结构设计，且自动互嵌限位，便于快速拼装成大型电池组，免除焊接工艺，有效降低电池成组的成本，也便于拆卸维保；
2、有效增加了电芯与电极基板的接触面，避免对电池极柱的破坏，便于电芯的拆卸维修和电池的二次再利用；
3、通过电池标准化模组外壳的设计方式，只需改变厚度尺寸，便可适用于多电池并联形成不同容量的标准小模组；
4、散热效果明显，同时减轻了重量，有利于提高电池模组的重量能量密度，具有良好的使用效果与推广价值。
附图说明
此处所说明的附图用来提供对本发明的进一步理解，构成本申请的一部分，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。在附图中：
图1是本发明的结构示意图；
图2是本发明的结构爆炸图；
图3是本发明中上盒的结构示意图；
图4是本发明中上盒的结构示意图；
图5是本发明中下盒的结构示意图；
图6是本发明中下盒的结构示意图；
图7是本发明中盒盖的结构示意图；
图8是本发明中盒盖的结构示意图；
图9是本发明中电极基板的结构示意图；
图10是本发明中电极基板的结构示意图；
图11是本发明的组装结构示意图。
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作出创造性劳动前提下所获得的所有其它实施例，都属于本发明保护的范围。
在本发明的描述中，需要理解的是，术语“开孔”、“上”、“下”、“厚度”、“顶”、“中”、“长度”、“内”、“四周”等指示方位或位置关系，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组件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。
如图1和图2所示的一种新型方形锂电池标准化模组封装壳体，包括上盒1、下盒2、盒盖3、电极基板4，上盒1、下盒2、盒盖3的表面均分布有散热孔，有效增强了电池的散热效果，同时减轻了重量，有利于提高电池模组的重量能量密度；上盒1、下盒2表面沿直线方向均布有条形凹槽，相邻条形凹槽之间设有条形加强筋，有效增加结构强度。
如图3和图4所示，上盒1包括第一盒板11，第一盒板11前后侧向下垂直折弯形成第一前侧板12和第一后侧板13，第一盒板11左侧垂直设有第一端盖板17；第一盒板11外表面左侧设有第一条形凸起14，第一盒板11外表面右侧设有第二条形凸起15；第一前侧板12底部两端对称设有两个第一凸台16，两个第一凸台16之间形成第一沟槽，第一后侧板13底部中央设有与第一沟槽相配合的第三条形凸起18。
如图5和图6所示，下盒2包括第二盒板21，第二盒板21前后侧向上垂直折弯形成第二前侧板22和第二后侧板23，第二盒板21左侧垂直设有第二端盖板24；第二盒板21外表面左侧两端对称设有两个第二凸台27，两个第二凸台27之间形成与第一条形凸起14相配合的第二沟槽，第二盒板21外表面右侧两端对称设有两个第三凸台28，两个第三凸台28之间形成与第二条形凸起15相配合的第三沟槽；第二前侧板22顶部两端对称设有与第一凸台16相对应的两个第四凸台25，第二后侧板23顶部中央设有与第三条形凸起18相对应的第四条形凸起26。
如图7和图8所示，盒盖3为盒体结构，盒盖3外侧前后端中央向内冲压形成安装槽33并在盒盖3内侧前后端形成安装凸台34；安装槽33外侧端设有条形卡槽342；盒盖3顶部左侧中央设有与第二条形凸起15相对应的第五条形凸起31，盒盖3底部左侧两端对称设有与第三凸台28相对应的两个第五凸台32；安装槽33中央设有定位凸台331，定位凸台331中央设有第一螺纹通孔341；安装凸台34周侧对称设有两个定位凸起35，定位凸起35中央设有第二螺纹通孔351；两个安装凸台34之间对称设有两个相互平行的加强板36；第一凸台16与第四凸台25之间、第三条形凸起18与第四条形凸起26之间、第二条形凸起15与第五条形凸起31之间、第三凸台28与第五凸台32之间均通过螺钉固定相连；第一条形凸起14、第二条形凸起15、第二凸台27、第三凸台28、第五条形凸起31、第五凸台32的高度相同，第一凸台16、第三条形凸起18、第四凸台25、第四条形凸起26的高度相同。
如图9和图10所示，电极基板4与安装凸台34固定相连，电极基板4一侧中央设有第一卡片44，第一卡片44垂直折弯形成第二卡片45，第二卡片45穿过条形卡槽342并垂直折弯形成第三卡片46；第三卡片46中间设有与第一螺纹通孔341相对应的固定孔461，且第三卡片46通过螺钉与定位凸台331固定相连，安装方便快捷，结构稳定可靠；电极基板4表面对称设有与第二螺纹通孔351相对应的定位孔43，且电极基板4通过螺钉与安装凸台34固定相连；电极基板4表面沿直线方向均布有与电芯5相对应的电极连接组件，电极连接组件由冲压形成的压紧凸片42以及对称分布在压紧凸片42两端的电极连接柱41组成；且封装壳体内部空腔的厚度等于电芯5厚度的整倍数；盒盖3与上盒1、下盒2之间留有间隙，保证电极基板4与电芯5能够有效连接。
如图11所示，本发明还提供一种新型方形锂电池标准化模组封装壳体PACK方法，方法包括以下步骤：
步骤一：首先将两个电极基板4通过螺钉对称安装在盒盖3内部两端的安装凸台34上；
步骤二：上盒1和下盒2相互卡合，分别将第一凸台16与第四凸台25、第三条形凸起18与第四条形凸起26相互接合并通过螺钉固定相连，从而形成用于安装电芯5的盒体结构；
步骤三：在上盒1和下盒2形成的盒体结构中装入电芯5，电芯5装入后，将安装有电极基板4的盒盖3固定在上盒1和下盒2形成的盒体结构端口处，分别将第二条形凸起15与第五条形凸起31、第三凸台28与第五凸台32相互接合并通过螺钉固定相连，从而形成标准化电池组单元；
步骤四：此时第二条形凸起15与第五条形凸起31相连形成第六条形凸起，第三凸台28与第五凸台32相连形成两个第六凸台，两个第六凸台之间形成第四沟槽；第一凸台16与第四凸台25相连形成两个第七凸台，两个第七条凸台之间形成第五沟槽，第三条形凸起18与第四条形凸起26相连形成第七条形凸起；
将多个标准化电池组单元按照矩形阵列的方式依次进行拼接；
对于同一行的若干电池组单元：将电池组单元的第六条形凸起装入相邻电池组单元的第四沟槽中，将电池组单元第一条形凸起14装入相邻电池组单元的第二沟槽中；
对于同一列的若干电池组单元：将电池组单元的第七条形凸起装入相邻电池组单元的第五沟槽。
在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“示例”、“具体示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不一定指的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任何的一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。
以上显示和描述了本发明的基本原理、主要特征和本发明的优点。本行业的技术人员应该了解，本发明不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的只是说明本发明的原理，在不脱离本发明精神和范围的前提下，本发明还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本发明范围内。
Claims (10)
1.一种方形锂电池标准化模组封装壳体，其特征在于：包括上盒(1)、下盒(2)、盒盖(3)、电极基板(4)；
所述上盒(1)包括第一盒板(11)，第一盒板(11)前后侧向下垂直折弯形成第一前侧板(12)和第一后侧板(13)，第一盒板(11)左侧垂直设有第一端盖板(17)；第一盒板(11)外表面左侧设有第一条形凸起(14)，第一盒板(11)外表面右侧设有第二条形凸起(15)；第一前侧板(12)底部两端对称设有两个第一凸台(16)，两个第一凸台(16)之间形成第一沟槽，第一后侧板(13)底部中央设有与第一沟槽相配合的第三条形凸起(18)；
所述下盒(2)包括第二盒板(21)，第二盒板(21)前后侧向上垂直折弯形成第二前侧板(22)和第二后侧板(23)，第二盒板(21)左侧垂直设有第二端盖板(24)；第二盒板(21)外表面左侧两端对称设有两个第二凸台(27)，两个第二凸台(27)之间形成与第一条形凸起(14)相配合的第二沟槽，第二盒板(21)外表面右侧两端对称设有两个第三凸台(28)，两个第三凸台(28)之间形成与第二条形凸起(15)相配合的第三沟槽；第二前侧板(22)顶部两端对称设有与第一凸台(16)相对应的两个第四凸台(25)，第二后侧板(23)顶部中央设有与第三条形凸起(18)相对应的第四条形凸起(26)；
所述盒盖(3)为盒体结构，盒盖(3)外侧前后端中央向内冲压形成安装槽(33)并在盒盖(3)内侧前后端形成安装凸台(34)；安装槽(33)外侧端设有条形卡槽(342)；盒盖(3)顶部左侧中央设有与第二条形凸起(15)相对应的第五条形凸起(31)，盒盖(3)底部左侧两端对称设有与第三凸台(28)相对应的两个第五凸台(32)；
所述电极基板(4)与安装凸台(34)固定相连，电极基板(4)一侧中央设有第一卡片(44)，第一卡片(44)垂直折弯形成第二卡片(45)，第二卡片(45)穿过条形卡槽(342)并垂直折弯形成第三卡片(46)。
2.根据权利要求1所述的一种方形锂电池标准化模组封装壳体，其特征在于：所述安装槽(33)中央设有定位凸台(331)，定位凸台(331)中央设有第一螺纹通孔(341)，第三卡片(46)中间设有与第一螺纹通孔(341)相对应的固定孔(461)，且第三卡片(46)通过螺钉与定位凸台(331)固定相连。
3.根据权利要求1所述的一种方形锂电池标准化模组封装壳体，其特征在于：所述安装凸台(34)周侧对称设有两个定位凸起(35)，定位凸起(35)中央设有第二螺纹通孔(351)，电极基板(4)表面对称设有与第二螺纹通孔(351)相对应的定位孔(43)，且电极基板(4)通过螺钉与安装凸台(34)固定相连。
4.根据权利要求1所述的一种方形锂电池标准化模组封装壳体，其特征在于：两个安装凸台(34)之间对称设有两个相互平行的加强板(36)。
5.根据权利要求1所述的一种方形锂电池标准化模组封装壳体，其特征在于：所述电极基板(4)表面沿直线方向均布有与电芯(5)相对应的电极连接组件，电极连接组件由冲压形成的压紧凸片(42)以及对称分布在压紧凸片(42)两端的电极连接柱(41)组成；且所述封装壳体内部空腔的厚度等于电芯(5)厚度的整倍数。
6.根据权利要求1所述的一种方形锂电池标准化模组封装壳体，其特征在于：所述上盒(1)、下盒(2)、盒盖(3)的表面均分布有散热孔。
7.根据权利要求1所述的一种方形锂电池标准化模组封装壳体，其特征在于：所述第一凸台(16)与第四凸台(25)之间、第三条形凸起(18)与第四条形凸起(26)之间、第二条形凸起(15)与第五条形凸起(31)之间、第三凸台(28)与第五凸台(32)之间均通过螺钉固定相连。
8.根据权利要求1所述的一种方形锂电池标准化模组封装壳体，其特征在于：所述上盒(1)、下盒(2)表面沿直线方向均布有条形凹槽，相邻条形凹槽之间设有条形加强筋。
9.根据权利要求1所述的一种方形锂电池标准化模组封装壳体，其特征在于：所述第一条形凸起(14)、第二条形凸起(15)、第二凸台(27)、第三凸台(28)、第五条形凸起(31)、第五凸台(32)的高度相同，第一凸台(16)、第三条形凸起(18)、第四凸台(25)、第四条形凸起(26)的高度相同。
10.根据权利要求1所述的一种方形锂电池标准化模组封装壳体PACK方法，其特征在于：所述方法包括以下步骤：
步骤一：首先将两个电极基板(4)通过螺钉对称安装在盒盖(3)内部两端的安装凸台(34)上；
步骤二：上盒(1)和下盒(2)相互卡合，分别将第一凸台(16)与第四凸台(25)、第三条形凸起(18)与第四条形凸起(26)相互接合并通过螺钉固定相连，从而形成用于安装电芯(5)的盒体结构；
步骤三：在上盒(1)和下盒(2)形成的盒体结构中装入电芯(5)，电芯(5)装入后，将安装有电极基板(4)的盒盖(3)固定在上盒(1)和下盒(2)形成的盒体结构端口处，分别将第二条形凸起(15)与第五条形凸起(31)、第三凸台(28)与第五凸台(32)相互接合并通过螺钉固定相连，从而形成电池组单元；
步骤四：此时第二条形凸起(15)与第五条形凸起(31)相连形成第六条形凸起，第三凸台(28)与第五凸台(32)相连形成两个第六凸台，两个第六凸台之间形成第四沟槽；第一凸台(16)与第四凸台(25)相连形成两个第七凸台，两个第七条凸台之间形成第五沟槽，第三条形凸起(18)与第四条形凸起(26)相连形成第七条形凸起；
将多个电池组单元按照矩形阵列的方式依次进行拼接；
对于同一行的若干电池组单元：将电池组单元的第六条形凸起装入相邻电池组单元的第四沟槽中，将电池组单元第一条形凸起(14)装入相邻电池组单元的第二沟槽中；
对于同一列的若干电池组单元：将电池组单元的第七条形凸起装入相邻电池组单元的第五沟槽。
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