CN108232074A - 用于封装电池模组的金属框架与电池模组及其包装方法 - Google Patents

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Abstract

本发明提供了一种用于封装电池模组的金属框架与电池模组及其包装方法，涉及电池的包装领域。该金属框架为柔性金属框架，金属框架包括底板和设置于底板上的封装侧壁以及与底板相对应的用于放置单体电池的开口，金属框架中至少有一个封装侧壁为可拆卸封装侧壁。利用该金属框架能够缓解现有的硬质钢壳壳体重量大、成本高的技术问题，达到降低电池模组重量和降低生产成本的目的。

Description

用于封装电池模组的金属框架与电池模组及其包装方法
技术领域
本发明涉及电池的包装领域，尤其是涉及一种用于封装电池模组的金属框架与电池模组及其包装方法。
背景技术
新能源电池，例如锂电池，利用其可重复充电的特性已被广泛应用于生活中的各个领域。最为常见的有电动自行车、电动三轮车及电动汽车等交通工具。
但是单体电池的电压、电流和电性能参数等并不能满足使用要求，因此，通常将数个单体电池通过串并联连接组成具有特定电压和电流的电池模组以对外进行能量输出。
目前，用于电池模组的封装壳体一般为硬质钢壳。该硬质壳体一般重量较重，加工制作成本高。另外，在设计时硬质钢壳的尺寸一般会大于封装在其内部的电池的尺寸，此时，在硬质钢壳与电池之间会留有较大的缝隙，造成整体电池模组的尺寸较大，不易发生改变；同时，硬质钢壳与电池之间的空隙也会影响电池热量的排出，进而影响电池模组的电性能。
有鉴于此，特提出本发明。
发明内容
本发明的第一目的在于提供一种用于封装电池模组的金属框架，以缓解现有的硬质钢壳壳体重量大、成本高，且硬质钢壳壳体与电池之间存有较大缝隙导致电池模组体积大，以及由于存在该缝隙导致热量不能及时传出影响电池模组电性能的技术问题。
本发明的第二目的在于提供一种电池模组包装方法，该包装方法工艺简单，且适合工业化生产。
本发明的第三目的在于提供一种电池模组，该电池模组中，用于封装电池的金属框架与电池的缝隙更小，且包装方式灵活多变，电池工作中产生的热量能够及时向外传递。
为了实现本发明的上述目的，特采用以下技术方案：
一种用于封装电池模组的金属框架，所述金属框架为柔性金属框架，所述金属框架包括底板和设置于所述底板上的封装侧壁以及与所述底板相对应的用于放置单体电池的开口，所述金属框架中至少有一个封装侧壁为可拆卸封装侧壁。
进一步的，所述柔性金属框架内设有分隔板，所述分隔板为柔性分隔板。
进一步的，所述底板上设有变形孔。
进一步的，所述封装侧壁上设有变形孔。
进一步的，所述金属框架采用碳钢金属板制作而成；
优选地，所述碳钢金属板的厚度为0.3－0.5mm。
进一步的，所述金属框架内表层和/或外表层设置有导热层。
进一步的，所述导热层为相变材料包，所述相变材料包包括铝塑膜和真空封装于所述铝塑膜中的相变材料。
进一步的，所述相变材料为复合相变材料，所述复合相变材料包括以层状结构交替设置的泡沫金属层和石墨烯层，所述泡沫金属层含有相变材料；
优选地，泡沫金属层包括泡沫铜金属层或泡沫铝金属层；
优选地，当泡沫金属层为泡沫铜金属层时，所述泡沫铜金属层中相变材料的重量百分比为82％－90％；
优选地，当泡沫金属层为泡沫铝金属层时，所述泡沫铝金属层中相变材料的重量百分比为86％－93％；
优选地，所述复合相变材料的最外层为石墨烯层。
一种电池模组包装方法，将N个单体电池依次放置于权利要求1－8任一项所述的金属框架内，压紧后将可拆卸封装侧壁固定，其中N≥3，且N为自然数。
进一步的，压紧过程中施加的压力为150－250kgf；
优选地，采用焊接的方法将可拆卸封装侧壁进行固定。
一种电池模组，由上述包装方法得到。
与已有技术相比，本发明具有如下有益效果：
本发明提供的用于封装电池模组的金属框架为柔性金属框架，由于该柔性金属框架的厚度较小，因此，其重量远远小于传统的硬质钢壳壳体；另外，该柔性金属框架的材料成本和加工成本与远低于传统的硬质钢壳壳体，因此，本发明的柔性金属框架的使用能够大幅降低电池模组的封装成本。
其次，由于采用柔性金属框架，在封装电池时，由于金属框架能够产生一定的变形，因此，在设计时可以使金属框架的内部尺寸与电池的尺寸更为匹配，避免产生大量的余量空隙。该金属框架中至少有一个封装侧壁为可拆卸封装侧壁，这种设计结构在装配时有更多的自由度，使金属框架能够根据电池的尺寸产生一定的形变。将电池全部放入该金属框架后，对电池组进行压紧，之后将可拆卸的封装测试固定于金属框架中完成对电池组的封装。利用该柔性金属框架封装得到的电池模组，金属框架与电池组之间的贴合度更高，几乎属于无缝贴合，因此，可以减少真个电池模组的尺寸。另外，由于缝隙的较少，电池组在工作过程中产生的热量能够及时通过金属框架向外传输，避免热量在电池中积累影响其电性能。
附图说明
为了更清楚地说明本发明具体实施方式或现有技术中的技术方案，下面将对具体实施方式或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施方式，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为本发明实施例1提供的用于封装电池模组的金属框架。
图标：11－底板；12－封装侧壁；121－可拆卸封装侧壁；13－分隔板；14－变形孔。
具体实施方式
下面将结合附图对本发明的技术方案进行清楚、完整地描述，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。
在本发明的描述中，需要说明的是，术语“中心”、“上”、“下”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“内”、“外”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。此外，术语“第一”、“第二”、“第三”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。
在本发明的描述中，需要说明的是，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。
本发明的一个方面提供了一种用于封装电池模组的金属框架，所述金属框架为柔性金属框架，所述金属框架包括底板和设置于所述底板上的封装侧壁以及与所述底板相对应的用于放置单体电池的开口，所述金属框架中至少有一个封装侧壁为可拆卸封装侧壁。
本发明提供的用于封装电池模组的金属框架为柔性金属框架，由于该柔性金属框架的厚度较小，因此，其重量远远小于传统的硬质钢壳壳体；另外，该柔性金属框架的材料成本和加工成本与远低于传统的硬质钢壳壳体，因此，本发明的柔性金属框架的使用能够大幅降低电池模组的封装成本。
其次，由于采用柔性金属框架，在封装电池时，由于金属框架能够产生一定的变形，因此，在设计时可以使金属框架的内部尺寸与电池的尺寸更为匹配，避免产生大量的余量空隙。该金属框架中至少有一个封装侧壁为可拆卸封装侧壁，这种设计结构在装配时有更多的自由度，使金属框架能够根据电池的尺寸产生一定的形变。将电池全部放入该金属框架后，对电池组进行压紧，之后将可拆卸的封装测试固定于金属框架中完成对电池组的封装。利用该柔性金属框架封装得到的电池模组，金属框架与电池组之间的贴合度更高，几乎属于无缝贴合，因此，可以减少真个电池模组的尺寸。另外，由于缝隙的较少，电池组在工作过程中产生的热量能够及时通过金属框架向外传输，避免热量在电池中积累影响其电性能。
在本发明的一个实施方式中，所述柔性金属框架内设有分隔板，所述分隔板为柔性分隔板。
设置分隔板可以在一个金属框架内设置多个分隔区，以满足电池模组的串并联设计需求。
在本发明的一个实施方式中，所述底板上设有变形孔。在底板上设置变形孔可以释放变形力，使金属框架更易于与封装于其内部的电池组相贴合。
在本发明的一个实施方式中，所述封装侧壁上设有变形孔。在封装侧壁上设置变形孔可以释放变形力，使金属框架更易于与封装于其内部的电池组相贴合。
在本发明的一个实施方式中，所述金属框架采用碳钢金属板制作而成，可选地，所述碳钢金属板的厚度为0.3－0.5mm。采用碳钢金属板制作，可以降低金属框架的重量，同时方便采用焊接对可拆卸封装侧壁进行固定，此外，还能提高金属框架的导热性。
可以理解的是，上述金属框架的材料并非一定采用碳钢金属板制作而成，还可以采用铝合金、金属铜或铜合金制作而成。在此，本发明并不做具体限定。
在本发明的一个实施方式中，所述金属框架内表层和/或外表层设置有导热层。
在金属框架内表层和/或外表层设置导热层可以进一步提高金属框架的导热性，提高整个电池模组的散热性，进而提高电池模组在工作过程中的电性能。
在本发明的一个实施方式中，所述导热层为相变材料包，所述相变材料包包括铝塑膜和真空封装于所述铝塑膜中的相变材料。
上述实施方式中的相变材料包以铝塑膜为包装材料，利用铝塑膜进行包装能够实现真空包装。此外，利用真空包装能够利用内部与外部存在的大气压压差的作用，有效防止相变材料液化后流出渗漏。同时，用铝塑膜进行包装还可以将复合相变材料以任选形状进行封装，方便使用。
在本发明的一个实施方式中，所述相变材料为复合相变材料，所述复合相变材料包括以层状结构交替设置的泡沫金属层和石墨烯层，所述泡沫金属层含有相变材料。
该复合相变材料是以石墨烯层和泡沫铜金属层交替设置，相当于在泡沫铜金属层之间插入了一层导热性更好的石墨烯作为中间导热层，从而减少了泡沫铜金属层的传热距离，提高了复合相变材料的导热性。另外，当需要冷却的物体表面热量不均时，与其接触的相变材料所接受的热量不同，加上泡沫铜金属层中孔洞的阻隔作用，热量比较容易聚集，而上述实施方式中，通过在泡沫铜金属层之间设置石墨烯层，聚集的热量可以在石墨烯层中传输，进行热量的发散，从而提高复合相变材料整体的导热性。此外，当泡沫铜金属层中的相变材料吸热液化后，由于石墨烯层的阻隔作用，对液体的渗漏会存在一定的阻隔作用，因此，可以延长复合相变材料的使用寿命，减少环境污染。
石墨烯具有非常好的热传导性能。纯的无缺陷的单层石墨烯的导热系数高达5300W/mK，是目前为止导热系数最高的碳材料，高于单壁碳纳米管(3500W/mK)和多壁碳纳米管(3000W/mK)。当它作为载体时，它的导热系数也可达600W/mK。用石墨烯作为中间导热层插入到泡沫铝金属层表面后，可显著提高整体复合相变材料的导热性，尤其是当需要制作的泡沫铝金属层较厚时，其导热效果更加明显。同时，由于石墨烯层覆盖了泡沫铝金属层的孔洞，当相变材料由固体变为液体时，可对液体的渗漏有一定的阻隔作用。
在本发明的一个实施方式中，泡沫金属层包括泡沫铜金属层或泡沫铝金属层；优选地，当泡沫金属层为泡沫铜金属层时，所述泡沫铜金属层中相变材料的重量百分比为82％-90％；优选地，当泡沫金属层为泡沫铝金属层时，所述泡沫铝金属层中相变材料的重量百分比为86％-93％。
泡沫铜是一种在铜基体中均匀分布着大量连通或不连通孔洞的新型多功能材料。泡沫铜具有优良的导电性、延展性和导热性能，利用泡沫铜作为骨架，使相变材料填充其中，可以增加其导热性。
泡沫铝是一种在铝基体中均匀分布着大量连通或不连通孔洞的新型多功能材料。泡沫铝具有密度小、高吸收冲击能力强、耐高温和防火性能强等性能，利用泡沫铝作为骨架，使相变材料填充其中，可以增加其导热性。
通过增加相变材料的重量百分比可以提高相变材料的吸热能力，进一步提高复合相变材料的导热性。
在上述优选的实施方式中，泡沫铜金属层中相变材料的重量百分比非限制性的例如可以为：82％、83％、84％、85％、86％、87％、88％、89％或90％。
在上述优选的实施方式中，泡沫铝金属层中相变材料的重量百分比非限制性的例如可以为：86％、87％、88％、89％、90％、91％、92％或93％。
在本发明的一个实施方式中，所述复合相变材料的最外层为石墨烯层。
最外层设置石墨烯层，当复合相变材料与需要导热的物体接触时可以将外部物体上的热量迅速导出，提高了导热效率。另外，最外层为石墨烯层还可以进一步提高防渗漏性能。
在本发明的一个实施方式中，所述泡沫金属层和石墨烯层分别至少为3层。至少设置3层是为了保证导热效果。
单位体积内设置的石墨烯的层数越多，其导热效果越好。具体各层层数的设定根据实际的使用情况及复合相变材料的具体尺寸设定。
在本发明的一个实施方式中，每层泡沫金属层的厚度为0.3-1cm，优选为0.3-0.8cm。
泡沫金属层的厚度不能太薄，否则会影响其作为骨架的功能，降低整体的刚度；同时，泡沫金属层的厚度不能太厚，否则会降低整体的导热性。通过优化泡沫金属层的厚度，可以在不降低复合相变材料整体刚度的同时提高其导热性能。其中，每层泡沫金属层的厚度非限制性的例如可以为：0.3cm、0.4cm、0.5cm、0.6cm、0.7cm、0.8cm、0.9cm或1cm。
在本发明的一个实施方式中，每层石墨烯金属层的厚度为0.1-0.3cm，优选为0.15-0.25cm。
通过优化石墨烯层的厚度可以进一步提高复合相变材料的导热性能。其中，每层石墨烯金属层的厚度典型但非限制性的例如可以为：0.1cm、0.15cm、0.2cm、0.25cm或0.3cm。
在本发明的一个实施方式中，所述相变材料包括有机相变材料和无机相变材料。可选地，所述有机相变材料包括石蜡、硬脂酸或月桂酸。可选地，所述无机相变材料包括无机水合盐。
本发明的第二个方面提供一种电池模组包装方法，将N个单体电池依次放置于上述金属框架内，压紧后将可拆卸封装侧壁固定；其中N≥3，且N为自然数。
在本发明的一个实施方式中，压紧过程中施加的压力为150－250kgf。压紧完成后采用焊接的方法将可拆卸封装侧壁进行固定，已完成对电池模组的封装。
本发明的第三个方面提供一种电池模组，由上述包装方法得到。
下面将结合实施例和对比例对本发明做进一步详细的说明。
实施例1
如图1所示，本实施例是一种用于封装电池模组的金属框架，该金属框架为柔性金属框架，采用厚度为0.3mm的碳钢金属板制作而成。
其中，该金属框架包括底板11和设置于底板上的封装侧壁12以及与底板11相对应的用于放置单体电池的开口，金属框架中有一个封装侧壁为可拆卸封装侧壁121。柔性金属框架内设有分隔板13，分隔板13为柔性分隔板。底板11和封装侧壁12上均设有变形孔14。
实施例2
本实施例是一种用于封装电池模组的金属框架，与实施例1的不同之处在于，该金属框架内表层和外表层均设置有导热层。该导热层为复合相变材料包，用铝塑膜将复合相变材料真空密封得到。
其中，复合相变材料为以层状结构交替设置的泡沫铜金属层和石墨烯层，所述泡沫铜金属层含有石蜡，所述复合相变材料的最外层为石墨烯层，即复合相变材料的两侧均设有石墨烯层。其中，泡沫铜金属层为3层，石墨烯层为4层。每层泡沫铜金属层的厚度为0.3cm。每层石墨烯金属层的厚度为0.1cm。泡沫铜金属层中相变材料的重量百分比为82％。
实施例3
本实施例是一种用于封装电池模组的金属框架，与实施例2的不同之处在于，复合相变材料包中的复合相变材料不同，其他与实施例2均相同。
其中，该实施例中的复合相变材料是以层状结构交替设置的泡沫铜金属层和石墨烯层，所述泡沫铜金属层含有硬脂酸，所述复合相变材料的最外层为石墨烯层，即复合相变材料的两侧均设有石墨烯层。其中，泡沫铜金属层为4层，石墨烯层为5层。每层泡沫铜金属层的厚度为0.6cm。每层石墨烯金属层的厚度为0.2cm。泡沫铜金属层中相变材料的重量百分比为84％。
实施例4
本实施例是一种用于封装电池模组的金属框架，与实施例2的不同之处在于，复合相变材料包中的复合相变材料不同，其他与实施例2均相同。
其中，该实施例中的复合相变材料是以层状结构交替设置的泡沫铝金属层和石墨烯层，所述泡沫铝金属层含有石蜡，所述复合相变材料的最外层为石墨烯层，即复合相变材料的两侧均设有石墨烯层。其中，泡沫铝金属层为3层，石墨烯层为4层。每层泡沫铝金属层的厚度为0.3cm。每层石墨烯金属层的厚度为0.1cm。泡沫铝金属层中相变材料的重量百分比为86％。
最后应说明的是：以上各实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述各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：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部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实施例技术方案的范围。

Claims (10)

1.一种用于封装电池模组的金属框架，其特征在于，所述金属框架为柔性金属框架，所述金属框架包括底板和设置于所述底板上的封装侧壁以及与所述底板相对应的用于放置单体电池的开口，所述金属框架中至少有一个封装侧壁为可拆卸封装侧壁。
2.根据权利要求1所述的用于封装电池模组的金属框架，其特征在于，所述柔性金属框架内设有分隔板，所述分隔板为柔性分隔板。
3.根据权利要求1或2所述的用于封装电池模组的金属框架，其特征在于，所述底板上设有变形孔。
4.根据权利要求1或2所述的用于封装电池模组的金属框架，其特征在于，所述封装侧壁上设有变形孔。
5.根据权利要求1或2所述的用于封装电池模组的金属框架，其特征在于，所述金属框架采用碳钢金属板制作而成；
优选地，所述碳钢金属板的厚度为0.3－0.5mm。
6.根据权利要求1或2所述的用于封装电池模组的金属框架，其特征在于，所述金属框架内表层和/或外表层设置有导热层。
7.根据权利要求6所述的用于封装电池模组的金属框架，其特征在于，所述导热层为相变材料包，所述相变材料包包括铝塑膜和真空封装于所述铝塑膜中的相变材料；
优选地，所述相变材料为复合相变材料，所述复合相变材料包括以层状结构交替设置的泡沫金属层和石墨烯层，所述泡沫金属层含有相变材料；
优选地，泡沫金属层包括泡沫铜金属层或泡沫铝金属层；
优选地，当泡沫金属层为泡沫铜金属层时，所述泡沫铜金属层中相变材料的重量百分比为82％－90％；
优选地，当泡沫金属层为泡沫铝金属层时，所述泡沫铝金属层中相变材料的重量百分比为86％－93％；
优选地，所述复合相变材料的最外层为石墨烯层。
8.一种电池模组包装方法，其特征在于，将N个单体电池依次放置于权利要求1－7任一项所述的金属框架内，压紧后将可拆卸封装侧壁固定；其中N≥3，且N为自然数。
9.根据权利要求8所述的电池模组包装方法，其特征在于，压紧过程中施加的压力为150－250kgf；
优选地，采用焊接的方法将可拆卸封装侧壁进行固定。
10.一种电池模组，其特征在于，由权利要求8或9所述的包装方法得到。
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