CN109216621B - 一种方形电芯模组 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及动力电池技术领域，提供了一种方形电芯模组，包括模组框架和排列安装于所述模组框架内的多个电芯，模组框架为全镂空的框架式结构，模组框架内设有电芯固定装置和电芯监控加热装置；电芯固定装置包括电芯支承座和电芯连接座，电芯支承座上设有多个支承座隔板，电芯连接座上对应设有多个连接座隔板，电芯连接座的上面压设有电芯压固件；电芯监控加热装置包括电芯底部加热膜和对称设置的电芯侧边加热膜以及信号采集端子，各电芯的电极通过电联接板对应电联接，信号采集端子固定于电联接板上，电联接板和电芯连接座的上面共同盖设有模组端盖。该方形电芯模组，结构简单、具有良好的加热及散热性能、制造成本低，能量密度高。
Description
技术领域
本发明属于动力电池技术领域，尤其涉及一种方形电芯模组。
背景技术
在能源危机的背景下，环保型能源的使用是人们生产生活的必然选择。锂电池具有安全性高、循环性好、无污染、原材料成本相对低廉等特点，已经在电动汽车上得到了广泛的使用。锂电池在当今动力电池系统中应用较为广泛，大量应用在乘用车、商用车、物流车等中。随着当今市场对锂电池的需求不断提高及锂电池技术不断地发展的情况下，锂电池成组模块化，尺寸小，能量密度高，低温状态下的使用等问题亟待解决。
现有电池包模组结构尺寸较小，单个模组电芯数量较少，并且使用一些铝压铸件或者PTC加热板作为电池包的结构强度支撑；由于单个模组电芯数量较少，模组支撑结构分摊到单个电芯的重量相对较大，因而能量密度相对较小；
目前现有的电池模组在散热上，由于电芯与电芯之间使用垫片材料进行的填充，导致电芯与电芯支架没有与电池包箱体空气流通的间隙，或者有很难实现电芯上下方向大散热面实现散热，会导致部分电芯散热不良，进而导致电芯温度不均匀，进一步的由于模组电芯温度不均衡会导致整个电池模组压差过大，从而降低整个电池模组的寿命。
目前针对电池的低温使用问题，目前的解决方案效率低、加热不均匀，容易打火烧损、耗能大，成本高。
发明内容
本发明的目的在于提供一种结构简单、具有良好的加热及散热性能、制造成本低，能量密度高的方形电芯模组。
本发明是这样实现的，一种方形电芯模组，包括模组框架和排列安装于所述模组框架内的多个电芯，所述模组框架为全镂空的框架式结构，所述模组框架内至少安装有两列电芯，所述模组框架内设有电芯固定装置和电芯监控加热装置；
所述电芯固定装置包括对应设置于所述电芯底部的电芯支承座和顶部的电芯连接座，所述电芯支承座上设有多个支承座隔板，所述电芯连接座上对应设有多个连接座隔板，所述支承座隔板和所述连接座隔板共同将所述电芯与所述模组框架之间以及同一列相邻的两个所述电芯之间分别隔离开来，并形成空气流道，所述电芯连接座的上面压设有电芯压固件，所述电芯压固件横跨所有所述电芯，连同所述电芯支承座和所述电芯连接座将所述电芯固定于所述模组框架上；
所述电芯监控加热装置包括电芯底部加热膜和对称设置的电芯侧边加热膜，所述电芯底部加热膜位于所述电芯的下面并沿所述电芯的排列方向延伸，所述电芯侧边加热膜对称设置于所述电芯的两侧并沿其排布方向延伸，所述电芯底部加热膜和所述电芯侧边加热膜由电池管理系统控制运行；
所述电芯监控加热装置还包括用于采集各个电芯的电压、温度信息的信号采集端子，所述信号采集端子的信号输出端电联接所述电池管理系统；
各所述电芯的电极通过电联接板对应电联接，所述信号采集端子固定于所述电联接板上，电联接板和所述电芯连接座的上面共同盖设有模组端盖。
作为一种改进的方案，所述电芯支承座正对所述电芯厚度面的位置开设有支承座散热槽。
作为一种改进的方案，所述电芯支承座的主体呈L形板结构，包括支承底板和支承立板，所述电芯支承座成对设置于所述电芯底部的两端，多个所述支承座隔板沿所述电芯支承座主体的长度方向均布排列，并与所述支承底板以及所述支承立板一体化成型。
作为一种改进的方案，所述电芯连接座上对应相邻两个所述电芯间隙的位置开设有连接座散热孔；
所述电芯连接座的两侧部对应电极的位置开设有电极让位孔，所述电芯连接座上设有绝缘凸起，所述绝缘凸起呈开口向所述电芯连接座一侧边的U形结构，并将对应同一电极极性的所述电极让位孔隔离其中；
所述电芯连接座的下面对应所述电芯的泄压阀的位置开设有沿所述电芯排布方向延伸的泄压阀让位导流槽；
所述电芯连接座的下面两侧及其边角处均设有连接座挡板，并且其对应所述电芯的厚度面的位置均开设有连接座散热槽。
作为一种改进的方案，所述模组端盖上对应所述电联接板的位置开设有端盖散热孔；
所述模组端盖上相对的两侧面设有卡扣，所述电芯连接座上对应设有与之相适配的卡槽，所述模组端盖上另外相对的两面均设有线路让位槽及线路卡；
所述模组端盖上与所述绝缘凸起相对应的侧面与之相适配。
作为一种改进的方案，所述电芯压固件包括C型材材质的压固件主体和加强安装件，所述压固件主体上沿其长度方向开设有多个减重通孔，所述压固件主体包括横向设置的压板和两个竖向设置于所述压板两端的安装竖板，所述安装竖板的下端固定安装于所述模组框架上；
所述加强安装件固定设置于所述压板和所述安装竖板的结合处外侧，并且其安装面上开设有铜排固定孔、线束安装孔以及模组安装孔。
作为一种改进的方案，所述模组框架的底部设有多个沿所述电芯排布方向延伸的电芯支承板，所述电芯支承板为镂空结构，并且设有延其长度方向延伸的竖向隔离板，相邻的两列所述电芯之间通过所述竖向隔离板分隔开来，并形成空气流道；
所述模组框架的边框上边对应所述电芯压固件的位置均设有压固件限位槽。
作为一种改进的方案，电联接相邻两列所述电芯的电极的所述电联接板包括电联接主板和设置于所述电联接主板两侧的多个焊接翅片，相邻的两个所述焊接翅片之间留有间隙。
作为一种改进的方案，所述电芯底部加热膜上设有若干加热膜通孔。
作为一种改进的方案，所有所述电芯底部加热膜和所述电芯侧边加热膜分别通过加热分线电联接加热总线，所述加热总线电联接所述电池管理系统；
所有所述信号采集端子分别通过信号分线电联接信号总线，所述信号总线的信号输出端电联接所述电池管理系统。
本发明提供的方形电芯模组采用全镂空的框架式结构，能够在确保结构强度的前提下，有效地减轻全重，并且有利于电芯的散热，简化模组装配过程，同时可以使整个模组具有较高的能量密度及较大的电芯重量占比；同时由于模组上下方向通透，电芯与电芯之间存在较大间隙，支撑电芯的支撑面分散分布，从而使电芯周边存在较大的空间间隙，同时电芯底部加热膜设有加热膜通孔，有利于电芯在使用过程中产生的热量在上下方向的对流散热，从而提高模组的热均衡效果；并且通过电底部加热膜和电芯侧边加热膜从电芯的三个面对电芯进行加热，可以使电芯在低温环境下快速达到合适的使用温度，从而延长整个模组的使用寿命。
本发明提供的方形电芯模组，结构简单、具有良好的加热及散热性能、制造成本低，能量密度高。
附图说明
图1是本发明实施例提供的方形电芯模组的结构示意图；
图2是图1所示方形电芯模组的爆炸示图；
图3是图1所示方形电芯模组(不含模组端盖)的结构示意图；
图4是本发明实施例提供的模组框架的结构示意图；
图5是本发明实施例提供的单列电芯的装配示意图；
图6是本发明实施例提供的电芯支承座的结构示意图；
图7是本发明实施例提供的电芯连接座的上视视角的结构示意图；
图8是图7所示电芯连接座的下视视角的结构示意图；
图9是本发明实施例提供的电芯压固件的结构示意图；
图10是本发明实施例提供的模组端盖的结构示意图；
图11是本发明实施例提供的电芯底部加热膜的结构示意图；
图12是本发明实施例提供的电联接板的结构示意图；
其中：1-模组框架，11-电芯支承板，12-竖向隔离板，13-压固件限位槽，2-电芯，31-电芯支承座，311-支承底板，312-支承立板，313-支承座隔板，314-支承座散热槽，32-电芯连接座，321-连接座隔板，322-连接座散热孔，323-电极让位孔，324-绝缘凸起，325-泄压阀让位导流槽，326-连接座挡板，327-连接座散热槽，328-卡槽，33-电芯压固件，331-压固件主体，332-加强安装件，3321-铜排固定孔，3322-线束安装孔，3323-模组安装孔，34-电联接板，341-电联接主板，342-焊接翅片，35-模组端盖，351-端盖散热孔，352-卡口，353-线路让位槽，354-线路卡，41-电芯底部加热膜，411-加热膜通孔，42-电芯侧边加热膜，43-加热分线，44-加热总线，45-信号采集端子，46-信号分线，47-信号总线。
具体实施方式
为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
图1至图3共同示出了本发明提供的方形电芯模组的结构示意图，为了便于说明，本图仅提供与本发明有关的结构部分。
方形电芯模组包括模组框架1和排列安装于所述模组框架内的多个电芯2，模组框架1为全镂空的框架式结构，模组框架1内至少安装有两列电芯2，在该实施例中，以五列电芯方形电芯模组为例，如图4所示，模组框架1的底部设有四个沿电芯排布方向延伸的电芯支承板11，电芯支承板11为镂空结构，并且设有延其长度方向延伸的竖向隔离板12，相邻的两列电芯之间通过竖向隔离板12分隔开来，并形成空气流道，采用此种结构的模组框架可在确保其结构强度的前提下，有效减轻其重量，并增大相邻两列电芯之间的间隙，有利于电芯散热，简化模组装配过程，同时可以使整个模组具有较高的能量密度及较大的电芯重量占比；
模组框架1内设有电芯固定装置和电芯监控加热装置；
如图5所示，电芯固定装置包括对应设置于电芯2底部的电芯支承座31和顶部的电芯连接座32，在该实施例中，如图6所示，电芯支承座31的主体呈L形板结构，包括支承底板311和支承立板312，电芯支承座31成对设置于电芯2底部的两端，在电芯支承座31的主体上沿其长度方向均布设有多个支承座隔板313，将同一列内电芯2与模组框架1之间以及相邻的两个电芯2之间隔离开来，实现有效绝缘并且有利于热对流及电芯2散热，支承底板311和支承立板312上位于相邻的两个支承座隔板313之间对应电芯厚度面的位置开设有支承座散热槽314，使电芯2获得更大的裸露面积，实现更高效的散热，同时也能减轻整个电芯模组的重量；
在该实施例中，如图7和图8所示，电芯连接座32的两侧下面对应支承座隔板313的位置设有多个连接座隔板321，支承座隔板311和连接座隔板321共同将电芯2与模组框架1之间以及同一列相邻的两个电芯2之间分别隔离开来，并形成空气流道，在确保各相邻电芯2之间相对固定的前提下，增强电芯2的热对流及大面积散热，在电芯连接座32的中部对应相邻两个电芯2间隙的位置开设有连接座散热孔322，可提高电芯2间隙的通透性，增强其热对流及散热效果，在电芯连接座32的两侧部对应电极的位置开设有电极让位孔323，电芯连接座32上设有绝缘凸起324，绝缘凸起324呈开口向电芯连接座32一侧边的U形结构，并将对应同一电极极性的电极让位孔323隔离其中，有利于模组端盖35的安装，实现良好的绝缘效果，在电芯连接座32的下面对应电芯2的泄压阀的位置开设有沿电芯2排布方向延伸的泄压阀让位导流槽325，有利于电芯2中的泄压阀气体外泄时的让位，并可将泄漏的电解液导向电芯2的侧边，防止其连接到电芯2的正负极造成短路的情况发生，在电芯连接座32的下面两侧及其边角处均设有连接座挡板326，可对电芯2的边角及侧边形成有效保护确保隔离间隙，其对应电芯2的厚度面的位置均开设有连接座散热槽327，则进一步增大电芯的裸露面积，实现更高效的散热，同时也能减轻整个电芯模组的重量；
在电芯连接座32的上面压设有电芯压固件33，电芯压固件33横跨所有电芯2，如图9所示，电芯压固件包括C型材材质的压固件主体331和加强安装件332，压固件主体331上沿其长度方向开设有多个减重通孔(图中未标示)，压固件主体331包括横向设置的压板和两个竖向设置于压板两端的安装竖板，既有效减重，又能增强电芯间隙的热对流及散热能力，安装竖板的下端固定安装于模组框架1上，并且在模组框架1的边框上边对应电芯压固件33的位置均设有压固件限位槽13，可便于电芯压固件33的定位安装，并对电芯压固件33进行有效限位，防止其在水平方向上的蹿动；
加强安装件332固定设置于压板和安装竖板的结合处外侧，并且其安装面上开设有铜排固定孔3321、线束安装孔3322以及模组安装孔3323，铜排固定孔用于安装电池箱铜排，线束安装孔3322用于固定加热总线及信号总线，模组安装孔3323用于模组的安装固定，便于其安装到电池箱内部的支撑耳上；
采用上述结构的电芯固定装置将电芯2固定于模组框架1上，可在确保电芯2安装稳固性的前提下，使模组上下方向通透，电芯与电芯之间存在较大间隙，增强其热对流及散热效果，提高模组能量密度；
各电芯2的电极通过电联接板34对应电联接，电联接板34和电芯连接座32的上面共同盖设有模组端盖35，如图10所示，模组端盖35上对应电联接板34的位置开设有端盖散热孔351，可使电联接板34在工作过程中所产生的热量快速扩散到外部环境中，避免热量向电芯2内部扩散，同时，使用导热系数高的材料制成模组端盖，有利于热量的快速向外扩散，在模组端盖35上相对的两侧面设有卡扣352，电芯连接座32上对应设有与之相适配的卡槽328，便于将模组端盖35安装到电芯连接座32上，并实现可靠固定，在模组端盖35上另外相对的两面均设有线路让位槽353及线路卡354，则便于信号分线的让位及固定，使模组端盖35上与绝缘凸起324相对应的侧面与之相适配，则可使模组端盖35与电芯连接座32之间紧密贴合，实现两者之间共同形成的良好的绝缘环境；
电芯监控加热装置包括电芯底部加热膜41和对称设置的电芯侧边加热膜42，电芯底部加热膜41位于电芯2的下面并沿电芯的排列方向延伸，电芯侧边加热膜42对称设置于电芯2的两侧并沿其排布方向延伸，以从电芯2的三个面对电芯2进行加热，可以使电芯2在低温环境下快速达到合适的使用温度，电芯侧边加热膜42和电芯底部加热膜41均通过加热分线43电联接加热总线44，加热总线44电联接电池管理系统，加热总线44串联加热继电器，继电器由电池管理系统输出12V电压控制继电器开合，从而控制电芯底部加热膜41和电芯侧边加热膜42在一定的温度条件下开启及关闭加热功能，可以使电芯在适当的温度环境下工作，从而延长整个模组的使用寿命，在该实施例中，如图11所示，电芯底部加热膜41上设有若干加热膜通孔411，则有利于电芯模组上下方向的散热通气，有利于热量的上下方向的对流以及电芯2热量的散发，从而提高模组的热均衡效果；
电芯监控加热装置还包括信号采集端子45，用于采集各个电芯的电压、温度信息，信号采集端子45固定于电联接板34上，所有信号采集端子45分别通过信号分线46电联接信号总线47，信号总线47的信号输出端电联接电池管理系统，信号采集端子可实时将每节电芯的电压、温度参数传递给电池管理系统(BMS)，并在必要时，电池管理系统控制电芯底部加热膜41和电芯侧边加热膜42对电芯进行加热；
采用上述电芯监控加热装置后，当电池管理系统通过信号采集端子45检测到电芯的温度低于0℃的时候，电池管理系统自动给出加热继电器闭合命令，开启对电芯模组的加热；当电芯温度达到理想温度条件时，电池管理系统给出停止指令，加热继电器断开，电芯底部加热膜41和电芯侧边加热膜42停止加热；从而确保电芯在适当的温度环境下工作，确保其放点效率，延长其使用寿命。
在该实施例中，如图12所示，电联接相邻两列电芯的电极的电联接板34包括电联接主板341和设置于电联接主板两侧的多个焊接翅片342，相邻的两个焊接翅片342之间留有间隙，便于其根据电芯2与电芯2之间的高低方向，通过焊接翅片342的折弯变形便于将其焊接到电极上，确保电联接板34与电芯2之间的紧密贴合，同时还具有缓冲减震的作用。
本发明提供的方形电芯模组，结构简单、具有良好的加热及散热性能、制造成本低，能量密度高。
以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (8)
1.一种方形电芯模组，包括模组框架和排列安装于所述模组框架内的多个电芯，其特征在于:所述模组框架为全镂空的框架式结构，所述模组框架内至少安装有两列电芯，所述模组框架内设有电芯固定装置和电芯监控加热装置；
所述电芯固定装置包括对应设置于所述电芯底部的电芯支承座和顶部的电芯连接座，所述电芯支承座上设有多个支承座隔板，所述电芯连接座上对应设有多个连接座隔板，所述支承座隔板和所述连接座隔板共同将所述电芯与所述模组框架之间以及同一列相邻的两个所述电芯之间分别隔离开来，并形成空气流道，所述电芯连接座的上面压设有电芯压固件，所述电芯压固件横跨所有所述电芯，连同所述电芯支承座和所述电芯连接座将所述电芯固定于所述模组框架上；
所述电芯监控加热装置包括电芯底部加热膜和对称设置的电芯侧边加热膜，所述电芯底部加热膜位于所述电芯的下面并沿所述电芯的排列方向延伸，所述电芯侧边加热膜对称设置于所述电芯的两侧并沿其排布方向延伸，所述电芯底部加热膜和所述电芯侧边加热膜由电池管理系统控制运行；
所述电芯监控加热装置还包括用于采集各个电芯的电压、温度信息的信号采集端子，所述信号采集端子的信号输出端电联接所述电池管理系统；
各所述电芯的电极通过电联接板对应电联接，所述信号采集端子固定于所述电联接板上，电联接板和所述电芯连接座的上面共同盖设有模组端盖；
所述电芯连接座的中部对应相邻两个所述电芯间隙的位置开设有连接座散热孔；
所述电芯连接座的两侧部对应电极的位置开设有电极让位孔，所述电芯连接座上设有绝缘凸起，所述绝缘凸起呈开口向所述电芯连接座一侧边的U形结构，并将对应同一电极极性的所述电极让位孔隔离其中；
所述电芯连接座的下面对应所述电芯的泄压阀的位置开设有沿所述电芯排布方向延伸的泄压阀让位导流槽；
所述电芯连接座的下面两侧及其边角处均设有连接座挡板，并且其对应所述电芯的厚度面的位置均开设有连接座散热槽。
2.如权利要求1所述的方形电芯模组，其特征在于:所述电芯支承座正对所述电芯厚度面的位置开设有支承座散热槽。
3.如权利要求1所述的方形电芯模组，其特征在于：所述模组端盖上对应所述电联接板的位置开设有端盖散热孔；
所述模组端盖上相对的两侧面设有卡扣，所述电芯连接座上对应设有与之相适配的卡槽，所述模组端盖上另外相对的两面均设有线路让位槽及线路卡；
所述模组端盖上与所述绝缘凸起相对应的侧面与之相适配。
4.如权利要求1所述的方形电芯模组，其特征在于：所述电芯压固件包括C型材材质的压固件主体和加强安装件，所述压固件主体上沿其长度方向开设有多个减重通孔，所述压固件主体包括横向设置的压板和两个竖向设置于所述压板两端的安装竖板，所述安装竖板的下端固定安装于所述模组框架上；
所述加强安装件固定设置于所述压板和所述安装竖板的结合处外侧，并且其安装面上开设有铜排固定孔、线束安装孔以及模组安装孔。
5.如权利要求1所述的方形电芯模组，其特征在于：所述模组框架的底部设有多个沿所述电芯排布方向延伸的电芯支承板，所述电芯支承板为镂空结构，并且设有延其长度方向延伸的竖向隔离板，相邻的两列所述电芯之间通过所述竖向隔离板分隔开来，并形成空气流道；
所述模组框架的边框上边对应所述电芯压固件的位置均设有压固件限位槽。
6.如权利要求5所述的方形电芯模组，其特征在于：电联接相邻两列所述电芯的电极的所述电联接板包括电联接主板和设置于所述电联接主板两侧的多个焊接翅片，相邻的两个所述焊接翅片之间留有间隙。
7.如权利要求1至6任一项所述的方形电芯模组，其特征在于：所述电芯底部加热膜上设有若干加热膜通孔。
8.如权利要求1所述的方形电芯模组，其特征在于：所有所述电芯底部加热膜和所述电芯侧边加热膜分别通过加热分线电联接加热总线，所述加热总线电联接所述电池管理系统；
所有所述信号采集端子分别通过信号分线电联接信号总线，所述信号总线的信号输出端电联接所述电池管理系统。
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