CN109103383A - 一种动力电池包结构及装配方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种动力电池包结构及装配方法，该动力电池包结构主要包括箱体和设置在箱体内的若干液冷板组件，箱体包括相互配合的上箱体和下箱体，下箱体包括箱体底部以及沿箱体底部设置的若干箱壁，若干箱壁与箱体底部之间采用实心插接结构连接，并通过搅拌摩擦焊焊接固定；若干箱壁之间依次固定连接。本方案提供的动力电池包结构方案不但解决了焊缝处易应力集中、焊缝有潜在失效风险的问题，还提高液冷板的结构可靠性，很好的解决了行业难题。

Description

一种动力电池包结构及装配方法

技术领域

本发明涉及动力电池技术，具体涉及动力电池的电池包结构。

背景技术

随着新能源汽车对动力电池包能量密度要求越来越高，新的电池材料体系和快速充放电的应用，在保证电池寿命的要求下，越来越多的动力电池系统开始使用液冷系统，从而高刚性、高可靠度的轻量化箱体技术需要开发应用，而如何保证液冷板的可靠性是结构工程师要决定重要技术问题。

现有电池包大都采用冲压铝板制作而成，冲压模具的制作和维修费用较高，并且与电池包箱体采用螺栓固定在一起，这种硬联接的结构在箱体受力的时候会传递一部分应力到液冷板，长期使用有焊缝失效并导致漏液的风险。

发明内容

针对现有动力电池包方案所存在的问题，需要一种新的动力电池包方案。

为此，本发明的目的在于提供一种动力电池包结构，该动力电池包结构的可靠性高，可有效解决现有方案所存在的问题；在此基础上，本发明进一步提供该动力电池包的一种装配方法。

为了达到上述目的，本发明提供的动力电池包结构，主要包括箱体和设置在箱体内的若干液冷板组件，所述箱体包括相互配合的上箱体和下箱体，所述下箱体包括箱体底部以及沿箱体底部设置的若干箱壁，所述若干箱壁与箱体底部之间采用实心插接结构连接，并通过搅拌摩擦焊焊接固定；所述若干箱壁之间依次固定连接。

进一步的，所述箱壁由铝型材构成，其横截面呈“L”型。

进一步的，所述箱体底部包括若干箱底单元，若干箱底单元之间依次通过实心插接结构进行拼接，并焊接固定组合形成箱体底部。

进一步的，所述实心插接结构由接插凸块和接插凹槽配合构成。

进一步的，所述箱体底部上设置有安置凸筋，所述安置凸筋的外形尺寸作为液冷板安装定位的基准。

进一步的，所述箱体底部上设置有若干的加强筋，所述加强筋把下箱体分隔成若干模组安装区域，每个区域组成保护电池模组的框架结构。

进一步的，所述下箱体前侧位置由加强筋分割形成作为高压电气区的区域，并保护高压电气区在应对碰撞时的安全。

进一步的，所述若干液冷板组件分别安置在箱体底部上的若干模组安装区域中。

进一步的，所述液冷板组件包括保温材料层、液冷板以及导热硅胶垫，所述保温材料层形成弹性浮动结构以支撑充满冷却液的液冷板和导热硅胶垫；所述导热硅胶垫铺设在液冷板上。

进一步的，所述液冷板的内部采用中空的口型管结构，并且其上的入水口和出水口分别设置在对角上。

为了达到上述目的，本发明提供的动力电池包结构装配方法，包括：

保温材料依据形状直接粘在箱体内由加强凸筋分隔形成的独立安装区域的底部，并形成弹性浮动结构；

依据每个独立安装区域内的安置凸筋的形状和位置定位，在保温材料上面快速装配浮动液冷板；并在每个液冷板上设置导热硅胶垫；

通过快插式液冷管连通每个独立安装区域内的液冷板，并直接固定在箱体内部预留的固定孔上；

在每个独立安装区域内装配标准电池模组，电池模组在拧紧的过程中，使得保温材料逐渐被压紧，保证导热硅胶垫和电池模组良好的接触；

将高压电气组件固定于箱体内的高压电气区内。

本方案给出了一种轻量化铝型材电池包箱体结构，有效保证了液冷板的结构可靠性；同时本方案为动力电池包提供液冷系统安装方案，并且采用浮动固定液冷板的方式，有效改善液冷板的受力工况，在车辆长时间行驶工况下避免液冷板失效漏液。

再者，本方案具体可采用挤压铝型材拼焊箱体组成，以便适合自动化的大批量生产；同时能够在满足动力电池在满足安全法规要求的情况下，进一步提升系统能量密度，实现新能源车更长续驶里程。

附图说明

以下结合附图和具体实施方式来进一步说明本发明。

图1为本发明实例中下箱体等轴侧示意图；

图2为本发明实例中下箱体俯视示意图；

图3为本发明实例中下箱体纵向剖切示意图；

图4为本发明实例中下箱体横向剖切示意图；

图5为图3中下箱体连接处A的局部放大示意图；

图6为图3中下箱体连接处B的局部放大示意图；

图7为图4中下箱体连接处C的局部放大示意图；

图8为本实例中实心插接结构的一种替换方案示意图；

图9为常规对接示意图；

图10为本发明实例中下箱体与液冷板组件之间的装配示意图；

图11为本发明实例中下箱体与液冷板组件之间的装配爆炸示意图；

图12为本发明实例中下箱体与液冷板组件之间装配结构的局部剖视图；

图13为本发明实例中液冷板的结构示意图。

具体实施方式

为了使本发明实现的技术手段、创作特征、达成目的与功效易于明白了解，下面结合具体图示，进一步阐述本发明。

本实例给出一种轻量化铝型材电池包箱体结构，主要由挤压铝型材拼焊箱体组成，由此来克服现有动力电池包结构所存在的问题，同时也适合自动化的大批量生产。

本实例给出的动力电池包结构主要由上箱体、下箱体与若干的液冷板组件配合构成。其中，若干的液冷板组件在下箱体上以形成电池模组安装区域，以相应的安装电池模组，而上箱体与下箱体相互配合形成可覆盖住电池模组的箱体。

对于本实例中涉及到的上箱体结构，可根据实际需求以及需要配合的下箱体进行设置。

本实例中的下箱体采用呈“L”型铝型材构成的箱壁来构成下箱体的四周边框，并与双层型材构成的底板进行插接组合并焊接在一起，且对液冷板组件采用浮动式固定方案进行固定。

参见图1和图2，本实例中的下箱体10整体为由铝型材构成的方形结构，在组成结构上主要由两箱壁11、两箱壁12以及箱体底部13相互配合组成，其中，两箱壁11分别对称的设置在箱体底部13的两端，而两箱壁12分别对称的设置在箱体底部13的两侧；同时箱壁11与箱壁12之间依次连接形成沿箱体底部13四周分布的环形边框。

本实例中箱体底部13与四周箱壁11和12之间采用实心插接结构17进行连接，并通过搅拌摩擦焊焊接固定；而四周箱壁11和12中对接处采用气体保护焊进行焊接固定。如此拼接的连接结构能够保证整个下箱体10的可靠性。

具体的，本实例中箱壁11和12整体直接由铝型材挤压一体成型，并且每个箱壁的横截面呈“L”型(如图5和图7所示)。该“L”型箱壁底部弯折段作为连接端，其端部设置有相应的可拼接结构，可与箱体底部13配合形成相应的实心插接结构17，由此可完成相应的箱壁与箱体底部之间的快速初步拼接，这样可实现所有箱壁与箱体底部13之间的快速拼接固定。

本实例中的箱体底部13采用双层空心铝型材结构，同时其四周端面设置有相应的可拼接结构，可与箱壁11或12配合形成相应的实心插接结构17，由此可完成相应的箱体底部与箱壁之间的快速拼接。

如图6所示，本实例中的箱体底部13整体为拼接组合结构，其主要由若干箱底单元13a之间拼接固定而成，若干箱底单元13a之间依次通过实心插接结构17进行快速拼接，并通过搅拌摩擦焊焊接固定，由此形成箱体底部13。

本箱体底部13中每个箱底单元13a优选方形平板结构，且四侧沿延伸方向设置相应的可拼接结构，由此可与其他箱底单元13a上的可拼接结构进行接插配合形成相应的实心插接结构17，即实现快速拼接，又便于实现搅拌摩擦焊焊接。

作为举例，本实例中的箱体底部13中优选由四块结构相同的双层铝型材箱底单元拼接并焊接而成。而每块双层铝型材箱底单元的一端设置设计为接插凸块17a，而与之相对的另一端则设计成接插凹槽17b，如此结构的四块双层铝型材箱底单元之间通过其上的接插凸块17a和接插凹槽17b依次首尾拼接并固定组合形成箱体底部13(如图6所示)。如此拼接形成的箱体底部13，其同样通过由接插凸块17a与接插凹槽17b配合形成的实心插接结构17与四周箱壁进行拼接和焊接固定。

由此形成的箱体底部13采用层型材底板结构，不仅能够大大提高整个下箱体的刚性和强度，而且能够有效应对底部冲击对内部电池模组的影响。

参见图5-图6，本实例中四周箱壁与箱体底部之间或箱体底部中所采用到的实心插接结构17主要由实心结构的接插凸块17a和实心结构的接插凹槽17b配合构成；其中接插凸块17a可安插在接插凹槽17b中，并形成实心连接结构，作为优选接插凸块17a采用截面呈方形的凸块结构，而与其对应的接插凹槽17b则采用截面呈方形的槽口结构，如此两者接插配合时，接插凸块17a上的凸块部整体安插到接插凹槽17b上的槽口中形成实心插接结构17，由于接插凸块17a与接插凹槽17b拼接时，两者之间通过交叉接触配合，除了能够形成稳定可靠的拼接结构外，还能够保证后续进行焊接时的可靠性。

参见图8，其所示为本实例中给出的实心插接结构17的一种替换方案。由图可知，该实心插接结构17同样由实心结构的接插凸块17a和实心结构的接插凹槽17b配合构成；接插凸块17a采用截面呈梯形的凸块结构，而与其对应的接插凹槽17b则采用截面呈倒梯形的槽口结构，如此两者接插配合时，接插凸块17a上的梯形凸块部整体安插到接插凹槽17b上倒梯形的槽口中形成实心插接结构17，通过梯形凸块部与梯形的槽口配合，能够起到导向作用，提高两者进行拼接的便捷性和效率。

相对于常规直接对接并焊接的方式容易造成焊缝处的应力集中的问题(如图9所示)，本实例基于上述结构的实心插接结构17来实现四周箱壁与箱体底部的快速拼接和搅拌摩擦焊焊接固定，以及实现箱体底部的快速拼接和搅拌摩擦焊焊接固定，由此能够有效的解决型材拼焊易出现焊缝处应力集中，存在焊缝失效等风险。

再者，本实例中采用四周边框“L”型铝型材与双层底板先插接再搅拌摩擦焊的方式，这样一则避开了焊缝在尺寸变化的应力集中区域；二则在焊缝处受力时可以利用插接结构来分担焊缝的受力，从而保证了机构的可靠性。

由上述四周箱壁和箱体底部通过插接拼装和焊接固定形成的下箱体10整体呈内凹结构，本实例根据待安置电池模组的尺寸进一步在下箱体10的底部上设置若干的加强筋14，以将下箱体10内部分隔成若干的电池模组安装区域18，以用于安置相应的电池模组。每个加强筋14具体沿下箱体10的宽度方向固定设置，两端分别与下箱体10两侧箱壁12进行连接，由此分割形成的每个电池模组安装区域18都是由加强筋14和箱壁12共同配合形成的框架结构，该框架结构整体结构稳定可靠，刚性强能够很好对安置在其内的电池模组形成保护。

作为举例，本实例中优选通过若干加强筋14焊接在下箱体10的箱体底部13上，将下箱体10内部分隔成4个电池模组安装区域18。

在此基础上，本实例进一步在下箱体10的前侧位置用若干加强筋14与进出水口铝块60配合焊接出一块矩形框架区域作为高压电气区19(见图10)。

具体的，在下箱体10前侧位置沿下箱体10的宽度方向固定设置一加强筋14a，该加强筋14a可用于配合其他加强筋来对下箱体10内部进行分隔形成相应的电池模组安装区域。

同时在加强筋14a上垂直设置两加强筋14b和加强筋14c，由此形成一凹口状结构，并进一步在其前端设置进出水口铝块60，由此来形成一矩形框架结构，该矩形框架结构在下箱体10前侧位置区域形成高压电气区19。

由此形成的高压电气区19，通过矩形框架结构焊接刚性结构能抵挡高压区域遭受冲击时的变形，保护高压电气区在应对碰撞时的安全。

为了便于电池模组在每个电池模组安装区域18的安装和固定，本实例在下箱体10中的电池模组安装区域18内设置若干的安置凸筋15，以用于安置相应的电池模组。

每个安置凸筋15整体为长条状的方形结构，整体与待安置电池模组的长度相对应，其上表面为模组安装面，并其上设置有相应的固定模组16，以用于与电池模组进行固定连接。

本实例中优选在每个电池模组安装区域18内设置两个安置凸筋15，这两个安置凸筋15采用空心的长条方形结构，对应于待安置电池模组，相对的一体成型在下箱体的箱体底部13上。同时每个安置凸筋15上作为模组安装面的上表面上依据电池模组的不同长度设置有拉铆螺母M8或采用预埋螺母，以作为固定模组16。由此，使得电池模组用螺钉固定在底板型材凸出表面的安置凸筋15上。

另外，在每个电池模组安装区域18内设置的两个安置凸筋15，其外形尺寸将可作为液冷板30安装定位的基准。

进一步的，本实例还在下箱体10的每个电池模组安装区域18内设置一组液冷板组件。

参见图10-12，每个电池模组安装区域18内设置的液冷板组件主要由保温材料层20、液冷板30以及导热硅胶垫40配合构成。

具体在每个电池模组安装区域18内的非筋的位置铺设相应的保温材料层20，并保证保温材料层20具有足够弹性。本实用优选PU发泡材料形成具有足够弹性的保温材料层20，克服现有橡塑类保温材料长时间使用回弹力不足的问题。通过具有弹性的保温材料层形成相应的弹性浮动结构，由此来支撑起充满冷却液的液冷板30和导热硅胶垫40的重量。

参见图12和13，本实例中液冷板30整体为平板状的方形结构，其内部采用采用中空的口型管结构，而其上的入水口31和出水口32分别设置在对角上。如此结构的液冷板30设置在具有弹性的保温材料层20上，并由保温材料层20通过弹力支撑，对液冷板30形成浮动式的固定方式，这边能够改善液冷板的受力情况，可降低液冷板长期使用存在漏液的可能性。

再者，在每块液冷板30上方铺设导相应的热硅胶垫40，保证每块电池单元与液冷板30保持良好的导热接触。

基于上述设置方案可在下箱体10内每个电池模组安装区域18内设置相应的液冷板组件，并对其中的每个液冷板30形成浮动式固定。对于安置在下箱体内不同区域的若干液冷板30，本实例采用两液冷管50作为进水管和出水管，这两液冷管50分别连接所有液冷板30的入水口31和出水口32，并装配在下箱体10内部的两侧，这样既方便液冷管安装，便于后期的检查和拆卸。

针对上述给出的轻量化铝型材电池包箱体结构，本实例还给出了相应的装配方案。

由上可知，本实例将电池包内部由筋分隔形成若干个相同独立安装区域，使得组成零件实现最大程度的通用性。由此在进行装配时，整个过程如下。

首先，在每个独立安装区域内，将保温材料依据形状可以直接粘在箱体底部形成相应的具有足够弹性的保温材料层，并作为弹性浮动支撑结构。

接着，在保温材料上面依据凸筋的形状、位置定位，快速装配浮动液冷板，即，由保温材料层对液冷板形成浮动支撑；接着，将导热硅胶垫粘在液冷板上。

接着，通过快插式液冷管连通每个独立安装区域内的液冷板，并直接固定在箱体内部预留的固定孔上；本实例中采用扎带直接固定在箱体内部预留的固定孔上，方便可靠。

接着，装配标准电池模组，将标准电池模组分别安置在电池包内部由筋分隔形成若干个相同独立安装区域内，每个标准电池模组通过螺钉与相应独立安装区域内的安置凸筋15上的拉铆螺母或预埋螺母进行螺接，并且在电池模组螺钉拧紧的过程中，逐渐压紧保温材料，保证导热硅胶垫和电池模组良好的接触。

最后，将高压电气组件通过螺母固定于在高压区框架区域内的螺柱上。

整个装配过程最大程度的减少螺钉的使用，从而实现装配的便捷性，也有利于后续自动化装配的实现。

由上可知，本实例给出的轻量化铝型材电池包箱体结构，其采用高刚性结构型材进行组合拼接并焊接形成下箱体，下箱体四周边框采用“L”型型材与底板双层挤压型材插接组合并焊接在一起，由此可提高挤压和碰撞过程的承载面积和防止底部撞击对内部电池模组的伤害。

再者，本实例中先插接在一起组成实心结构，再通过搅拌摩擦焊焊接把绝大多数焊缝焊接在一起，焊接效率高，焊缝可靠性好。

而，对于其中的液冷板，其安装方便，并采用浮动式固定结构，有利于改善液冷板的受力工况，在车辆长时间行驶工况下避免液冷板失效漏液。

最后，本实例中的液冷板采用轻量化结构，可通过高温真空钎焊来生产，可以成批量放入高温真空炉中进行焊接，生产效率高，焊接牢固可靠。

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。本发明要求保护范围由所附的权利要求书及其等效物界定。

Claims (11)

1.动力电池包结构，主要包括箱体和设置在箱体内的若干液冷板组件，所述箱体包括相互配合的上箱体和下箱体，其特征在于，所述下箱体包括箱体底部以及沿箱体底部设置的若干箱壁，所述若干箱壁与箱体底部之间采用实心插接结构连接，并通过搅拌摩擦焊焊接固定；所述若干箱壁之间依次固定连接。

2.根据权利要求1所述的动力电池包结构，其特征在于，所述箱壁由铝型材构成，其横截面呈“L”型。

3.根据权利要求1所述的动力电池包结构，其特征在于，所述箱体底部包括若干箱底单元，若干箱底单元之间依次通过实心插接结构进行拼接，并焊接固定组合形成箱体底部。

4.根据权利要求1所述的动力电池包结构，其特征在于，所述实心插接结构由接插凸块和接插凹槽配合构成。

5.根据权利要求1所述的动力电池包结构，其特征在于，所述箱体底部上设置有安置凸筋，所述安置凸筋的外形尺寸作为液冷板安装定位的基准。

6.根据权利要求1所述的动力电池包结构，其特征在于，所述箱体底部上设置有若干的加强筋，所述加强筋把下箱体分隔成若干模组安装区域，每个区域组成保护电池模组的框架结构。

7.根据权利要求6所述的动力电池包结构，其特征在于，所述下箱体前侧位置由加强筋分割形成作为高压电气区的区域，并保护高压电气区在应对碰撞时的安全。

8.根据权利要求6所述的动力电池包结构，其特征在于，所述若干液冷板组件分别安置在箱体底部上的若干模组安装区域中。

9.根据权利要求1所述的动力电池包结构，其特征在于，所述液冷板组件包括保温材料层、液冷板以及导热硅胶垫，所述保温材料层形成弹性浮动结构以支撑充满冷却液的液冷板和导热硅胶垫；所述导热硅胶垫铺设在液冷板上。

10.根据权利要求9所述的动力电池包结构，其特征在于，所述液冷板的内部采用中空的口型管结构，并且其上的入水口和出水口分别设置在对角上。

11.一种动力电池包结构装配方法，其特征在于，包括：

保温材料依据形状直接粘在箱体内由加强凸筋分隔形成的独立安装区域的底部，并形成弹性浮动结构；

依据每个独立安装区域内的安置凸筋的形状和位置定位，在保温材料上面快速装配浮动液冷板；并在每个液冷板上设置导热硅胶垫；

通过快插式液冷管连通每个独立安装区域内的液冷板，并直接固定在箱体内部预留的固定孔上；

在每个独立安装区域内装配标准电池模组，电池模组在拧紧的过程中，使得保温材料逐渐被压紧，保证导热硅胶垫和电池模组良好的接触；

将高压电气组件固定于箱体内的高压电气区内。