CN110707254A - 一种圆柱型电池包模块固定工具包及其更换电池芯的方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种圆柱型电池包模块固定工具包及其更换电池芯的方法，属于锂电池领域。固定工具包括固定件和固定零件；所述固定件上设有若干个配合插入电池芯的电芯位，以及各电芯位上方用于限制电池芯移动且向外凸起的限位层，其中，所述电池芯的数目与电芯位的数目相同，所述各个限位层的中间均设有通孔，通孔的孔径小于电池芯的外径；所述固定零件包括环状的限位圈，所述限位圈的尺寸与固定件上的限位层尺寸一致，其中，限位圈的表面设有若干个凸台。更换电池芯的方法为破坏限位层的结构，再开设第二凹槽使得凸台配合插入第二凹槽内，完成固定零件安装在固定件上。本发明可实现使用固定件装配的圆柱型电池包模块中单颗或几颗电池芯的更换。

Description

一种圆柱型电池包模块固定工具包及其更换电池芯的方法

技术领域

本发明属于锂电池领域，更具体地说，涉及一种圆柱型电池包模块固定工具包及其更换电池芯的方法。

背景技术

由于全球能源危机的出现，节能和环保新能源汽车应运而生。为了增加电池模块的输出电流及/或输出电压，一般的做法是将多个电池串联、并联或混联使用，这些电池的数量会达到数十个之多，因此一般是使用电池固定件将电池固定在一起形成电池包模块。但是随着圆柱型锂电池在新能源汽车领域的普遍应用，锂电池的售后问题逐渐显现出来。由于固定件一般为一体化的结构，见图12和图13所示，分别为现有技术中固定件的结构示意图和剖视图，若模块中，单颗电芯出现问题，主流的一线圆柱型锂电池企业在进行售后时，只能将整个模块进行更换，其他没有问题的电芯，也需要进行报废处理，这就造成企业售后成本的增加和资源的浪费。为了解决电池包模块更换不易的问题，现有技术对电池包固定件做了些改进，但是综合效果不佳，二次电池使用寿命不高，以及其他一些问题。

例如，中国专利申请号为201210436143.8，申请公开日为2014年5月21日的专利申请文件公开了一种拼接锂电池支架。该专利的锂电池支架通过若干个分支架拼接形成，分支架包括三个锂电池孔位，在分支架的上侧两端和分支架的一侧分别设置有数个凹槽，在分支架的下侧两端和分支架的另一侧分别设置有数个凸起，每个凹槽与每个凸起均为梯形，且凹槽与凸起数量相同且大小相同。虽然使用该支架固定的锂电池包，卡合连接方便，可适应对不同大小电池的固定，但是，一方面，该支架在卡合方向上固定牢固，却不适应上下颠簸的环境，例如汽车在行驶的过程中易颠簸，使用该支架固定的电池包不适用于汽车，另一方面，该锂电池在更换电池芯时，容易牵一发而动全身，拆一块分支架，容易导致整个支架不稳定的情况，需要重新组装。

再如，中国专利申请号为201720797247.X，申请公开日为2018年3月16日的专利申请文件公开了一种电池包内部电芯固定结构。该专利的包括垫板、背板、侧板和单体电芯支架，垫板的数量比单体电芯支架的数量多一个，垫板水平设置，相邻的两个垫板之间设置一个单体电芯支架，所述垫板的宽度L1大于单体电芯支架的宽度L2，侧板包括侧板主体，侧板主体上设有若干第二凸条，侧板垂直设置，第二凸条插入式的设置在两个垫板之间，长杆螺栓穿过垫板和第二凸条将垫板和侧板加以固定，背板通过螺栓固定在垫板上、且位于单体电芯支架的后端，定位柱穿过背板、并与螺母锁紧固定，当单颗电芯出现故障时，拆开相应定位柱上的螺母，抽出单体电芯支架，对安装在其中的电芯进行维修或更换。但是，这种只能运用在软包电池上面，相对于圆柱型电池来说，操作就相对复杂一些。

因此，市场上迫切需要一种圆柱型电池包模块固定工具包及其更换电池芯的方法，能够解决上述问题。

发明内容

1.要解决的问题

本发明提供了一种圆柱型电池包模块固定工具包，其目的在于解决现有圆柱型电池包模块更换单颗电池芯复杂不易操作的问题。

本发明还提供了一种使用圆柱型电池包模块固定工具包更换电池芯的方法，通过固定件与固定零件的配合使用，实现多个锂电池电池芯串联或并联形成的电池包仅更换其中单颗电池芯的目的，方法简单，并且易于操作，更换后的电池包，二次使用寿命高。

2.技术方案

为了解决上述问题，本发明所采用的技术方案如下：

一种圆柱型电池包模块固定工具包，包括固定件和固定零件；

所述固定件上设有若干个配合插入电池芯的电芯位，以及各电芯位上方用于限制电池芯移动且向外凸起的限位层，其中，所述电池芯的数目与电芯位的数目相同，所述各个限位层的中间均设有通孔，通孔的孔径小于电池芯的外径，通孔的设计为了暴露出电池芯的正、负电极，便于使用；

所述固定零件包括环状的限位圈，所述限位圈的尺寸与固定件上的限位层尺寸一致，即限位圈的外径大于或等于电池芯的外径，限位圈的内径小于电池芯的外径，其中，限位圈的表面设有若干个凸台。

进一步地，所述的限位层为固定件表面向外凸起0.5～1cm的结构，便于去除限位层。

进一步地，所述固定件上还设有若干个散热孔，散热孔分布于各个电芯位之间，便于安装电池芯后的圆柱型电池包模块使用过程中散热，增大电池包模块的使用寿命。

进一步地，所述限位层周向上开设有若干个第一凹槽，所述第一凹槽的底部与电芯位顶端在同一个水平面上或第一凹槽的底部与电芯位顶端的下方，第一凹槽的设置一方面便于去除限位层，另一方面还起到安装固定零件时的定位作用。

进一步地，所述凸台在限位圈上的排布位置与第一凹槽在限位层上的排布位置一致。

进一步地，所述固定件和固定零件均为ABS材质。

一种使用上述圆柱型电池包模块固定工具包更换电池芯的方法，所述电池包模块两端使用固定件固定；更换电池芯的步骤为：

S101、去除需更换电池芯对应电芯位上的限位层，取出需更换的电池芯，再放入新的电池芯于该电芯位内；

S102、然后在步骤S101去除限位层的电芯位上方开设多个第二凹槽，第二凹槽的数目与固定零件上的凸台数目相等，并且使得固定零件上的凸台配合插入第二凹槽内，更换单颗电池芯完成。

进一步地，所述步骤S101中去除限位层的方法包括但不限于刀片切除的方式。

进一步地，所述固定件的限位层周向上开设有若干个第一凹槽，第一凹槽的底部与电芯位顶端在同一个水平面上或第一凹槽的底部与电芯位顶端的下方，所述固定零件的凸台在限位圈上的排布位置与第一凹槽在限位层上的排布位置一致；

所述步骤S102中，在第一凹槽的位置开设第二凹槽，将固定零件上的凸台配合插入第二凹槽内，更换单颗电池芯完成。

进一步地，所述固定零件与固定件之间涂覆结构胶加以固定。

进一步地，所述结构胶为环氧树脂结构胶或丙烯酸酯结构胶。

进一步地，所述固定零件与固定件为ABS材质时，其之间还优选涂覆ABS胶水加以固定，ABS胶水针对ABS材质之间的固定，固化后不发白、无痕迹，30分钟左右后具有撕裂不脱胶的效果。

3.有益效果

相比于现有技术，本发明的有益效果为：

(1)本发明的固定工具包中，固定件用于固定电芯层制成圆柱型电池包模块，其上薄弱的限位层便于破坏，于是在生产过程由于员工操作不当或者机械设备故障，再是使用电池包模块中损坏，造成模块当中单颗或者几颗电池芯出现问题时，无需将整个模块进行拆除报废处理，只要去除限位层便可实现单颗或几颗电池芯的更换；固定零件用于更换单颗或几颗电池芯时，去除限位层后，再重新将固定零件安装到固定件上去除的限位层位置，接着重新固定新更换后的电池芯；极大的降低生产成本，在进行售后处理的时候，如若模块当中只有一颗或者几颗电芯出现问题时，也可选取相同批次，等级的电芯进行更换，降低公司售后成本；

(2)本发明固定件上的限位层为向外凸起0.5～1cm的结构，即限位层的厚度为0.5～1cm，便于去除的同时，还可以起到固定电池芯的作用，且电池芯不易冲破限位层；

(3)本发明固定件上设有散热孔，便于电池包模块使用过程中散热，提高电池包的使用寿命；

(4)本发明限位层中间设有通孔，即为圆环状结构，其目的是为便于完成电池芯的汇流排焊接工艺；

(5)本发明限位层上开设第一凹槽，并且第一凹槽的槽深至少与电芯位顶端所在水平面平齐，其目的有二，首先，第一凹槽将限位层分成若干段，便于后期更换电池芯时去除限位层，其次，第一凹槽在限位层上的分布与固定零件上凸台的分布一一对应，便于安装固定零件开设第二凹槽时的定位；

(6)本发明的固定件和固定零件均为ABS材质，塑料材质的限位层容易外力去除，并且ABS材质的固定件具有优良的综合物理和机械性能，较好的低温抗冲击性能，尺寸稳定性、电性能、耐磨性、抗化学药品性、成品加工和机械加工较好；

(7)本发明的更换电池芯的方法，通过破坏固定件上限位层的结构，易于更换单颗电池芯，操作简单，固定零件与固定件的配合，结构简单，使用结构胶固定，固定牢固，不易脱落。

附图说明

图1为本发明固定件的俯视图；

图2为本发明固定件的左视图；

图3为本发明固定件的正视立体图；

图4为本发明固定件的仰视立体图；

图5为本发明固定件的剖视图；

图6为本发明固定件上限位层的结构示意图；

图7为本发明固定件上单个电芯位的结构示意图；

图8为本发明固定零件的结构示意图；

图9为本发明固定件去除限位层的结构示意图；

图10为本发明圆柱型电池包模块的结构示意图；

图11为本发明圆柱型电池包模块的剖视图；

图12为现有技术固定件的结构示意图；

图13为现有技术固定件的剖视图；

图中：

100、固定件；110、电芯位；120、限位层；121、通孔；130、散热孔；140、第一凹槽；150、第二凹槽；200、固定零件；210、限位圈；220、凸台；300、电芯层。

具体实施方式

下面结合具体实施例对本发明进一步进行描述。

实施例1

本实施例的一种圆柱型电池包模块固定工具包，包括均为ABS材质的固定件100和固定零件200，其中，固定零件200可配合安装于固定件被破坏的部位重新固定电池芯。

具体来说，固定件100为两个相同长方体状结构，其高度深度为电池芯长度的三分之一，分别用于固定电池芯正负两极，固定件100上开设4行3列共12个为通孔的电芯位110，并且电芯位110的形状与电池芯正负极的端面配合，在实际生产过程中，根据需装配的电池芯形状来开设电芯位110，本实施例用于固定圆柱型的锂电池，故本实施例的电芯位110为半径与锂电池底面半径相等的圆柱形通孔。位于电芯位110一端部且于固定件100同侧开设12个限位层120，限位层120为固定件100表面向外凸起0.5cm的圆环状结构，其用于将电池芯固定于电芯位110内，限制电池芯移动，限位层120中间带有圆形通孔121，通孔121的孔径小于电池芯的外径，便于露出电池芯的正负极，以供后期汇流排焊接工艺操作。

固定零件200包限位圈210和凸台220。其中，限位圈210为环状结构，其形状和尺寸与固定件100上的限位层120一致，均为中间带有通孔的圆环状，限位圈210的外径大于或等于电池芯的外径，限位圈210的内径小于电池芯的外径，便于安装到固定件100上时露出电池芯的正负极；凸台220开设4个，为限位圈210同一面上周向均匀开设的小方块结构，与限位圈210为一体化结构，卡合到固定件100上用于使固定零件固定在其上，值得说明的是，实际生产过程中凸台220的个数不限，优选均匀开设凸台220，以便于后期更换电池芯的操作。

接下来，本实施例的一种圆柱型电池包模块，包括12个18650锂电池串联或并联形成的电芯层300，以及电芯层正负极两端的固定件100，其中，18650锂电池表示的是直径为18mm、高度为65mm的圆柱型锂电池。

当上述圆柱型电池包模块其中单颗或多颗电池芯损坏时，无需拆卸整个固定件100，便可实现更换电池芯且继续使用电池包的目的。本实施例以更换单颗电池芯为例(更换多颗电池芯重复步骤即可)，详细介绍使用本实施例的圆柱型电池包模块固定工具包更换单颗电池芯的方法，步骤为：

S101、使用刀片削除需更换电池芯对应电芯位110上的限位层120，取出需更换的电池芯，再放入新的电池芯于该电芯位110内；

S102、然后在步骤S101去除限位层120的电芯位110上方均匀开设4个第二凹槽150，第二凹槽150的空间形状与固定零件200上凸台220的形状大小一致，使得凸台220可以配合卡合到第二凹槽150内，

S103、在步骤S102的基础上，于原限位层120所在的位置涂抹环氧树脂结构胶，然后将固定零件200通过凸台220插入第二凹槽150内定位的方式，将固定零件200固定在固定件100上，放置24h，待环氧树脂结构胶干透后，固定零件200成功固定在固定件100上，即完成更换单颗电池芯。值得说明的是，此处也可使用丙烯酸酯结构胶，其固定效果与环氧树脂结构胶相同，实际生产过程中，可任意选择其他种类的结构胶，不限于本实施例提到的结构胶。

经检测，使用本实施例的方法更换100个电池包单颗电池芯后，电池包经过充放电测试，结果证明本实施例更换电池芯后的电池包合格率为99％。

实施例2

本实施例与实施例1基本相同，其不同之处在于：限位层120的厚度为固定件100表面向外凸起1cm，限位层120周向上设有若干个第一凹槽140，固定件100上设有散热孔，使用ABS胶水粘接固定零件200。

具体表现，如图5、图6和图7所示，为限位层120在固定件100上的开设位置不同视角的结构示意图，限位层120为固定件100表面向外凸起1cm的圆环状结构，厚度适中，保证限位层120稳定固定在电芯位110的同时，还容易使用刀具破坏掉；另外，限位层120周向上均匀开设4个第一凹槽140，首先，第一凹槽将限位层分成若干段，便于后期更换电池芯时去除限位层，其次，第一凹槽在限位层上的分布与固定零件上凸台的分布一一对应，便于安装固定零件开设第二凹槽时的定位；第一凹槽140的底部与电芯位110顶端在同一个水平面上或第一凹槽140的底部与电芯位110顶端的下方，一方面便于去除限位层120，另一方面还起到安装固定零件200时的定位作用，实际操作过程中，由于去除限位层120后不可避免会留下原限位层120的痕迹，当第一凹槽140的底部与电芯位110顶端在同一个水平面上时，很明显可以看到第一凹槽140的位置轮廓，若第一凹槽140的底部与电芯位110顶端的下方，去除限位层120后必然会存在部分第一凹槽140，故两种开设第一凹槽140方式均可，本实施例选择第一凹槽140的底部与电芯位110顶端在同一个水平面上的方式。相应地，第一凹槽140的槽地面与固定零件200上凸台220底面形状大小相同，便于后期更换电池芯的操作。

再结合图1～4所示为固定件100的不同视角的结构示意图，为了使电池包模块具有更好的散热效果，进而增大电池包的使用寿命，在12个电芯位300之间空隙处开设多个散热孔130，其形状不限，优选与电芯位110弧度一致向内凹陷的多边形，使得电芯位110的槽壁厚度相对一致，有利于稳定固定电池芯，减少电芯位110的壁厚不均，导致壁厚薄弱的位置容易损坏的问题，本实施例固定件100边缘处的散热孔130为向内凹陷的正三角形，中间处的散热孔130为向内凹陷的正方形。

值得说明的是，为了方便同一个电芯位上多次更换电池芯，以及适应相应地电池包模块的安装位，结合图8所示，固定零件200的限位圈210上还均匀开设与第一凹槽形状大小一致的凹槽，便于第三次更换电池芯，避免开设第二凹槽150的位置不同导致两次开设的凹槽有重合的部位，使得固定件100的结构不稳定。

使用本实施例的固定件100安装制造而成的圆柱型电池包模块，包括12个21700锂电池串联或并联形成的电芯层300，以及电芯层正负极两端的固定件100，其中，21700锂电池表示的是直径为21mm、高度为70mm的圆柱型锂电池。

进而，由于本发明的固定件100及固定零件200的结构稍有变化，因此本实施例的圆柱型电池包模块固定工具包更换单颗电池芯的方法略有差异，步骤为：

S101、使用刀片削除需更换电池芯对应电芯位110上的限位层120，取出需更换的电池芯，再放入新的电池芯于该电芯位110内；

S102、然后在步骤S101去除限位层120后，根据第一凹槽140的轮廓痕迹开设4个第二凹槽150，第二凹槽150的空间形状与固定零件200上凸台220的形状大小一致，使得凸台220可以配合卡合到第二凹槽150内，如图9所示；

S103、在步骤S102的基础上，于原限位层120所在的位置涂抹ABS胶水，然后将固定零件200通过凸台220插入第二凹槽150内定位的方式，将固定零件200固定在固定件100上，ABS胶水固化后不发白、无痕迹，30分钟左右后撕裂没有脱胶的现象，放置24h，待ABS胶水干透后，固定零件200成功固定在固定件100上，即完成更换单颗电池芯，如图10和图11所示。

经检测，使用本实施例的方法更换100个电池包单颗电池芯后，电池包经过充放电测试，结果证明本实施例更换电池芯后的电池包合格率在95％以上。

以上所述仅为本发明的较佳实施方式，此外固定零件与固定件通过凸台与第二凹槽的卡合，通过第二凹槽表面粗糙的结构，凸台与第二凹槽可基本固定住，并且本发明并不局限于上述实施方式，在实施过程中可能存在局部微小的结构改动，如果对本发明的各种改动或变型不脱离本发明的精神和范围，且属于本发明的权利要求和等同技术范围之内，则本发明也意图包含这些改动和变型。

Claims (10)

1.一种圆柱型电池包模块固定工具包，其特征在于：包括固定件(100)和固定零件(200)；

所述固定件(100)上设有若干个配合插入电池芯的电芯位(110)，以及各电芯位(110)上方用于限制电池芯移动且向外凸起的限位层(120)，其中，所述电池芯的数目与电芯位(110)的数目相同，所述各个限位层(120)的中间均设有通孔(121)，通孔(121)的孔径小于电池芯的外径；

所述固定零件(200)包括环状的限位圈(210)，所述限位圈(210)的尺寸与固定件(100)上的限位层(120)尺寸一致，其中，限位圈(210)的表面设有若干个凸台(220)。

2.根据权利要求1所述的一种圆柱型电池包模块固定工具包，其特征在于：所述的限位层(120)为固定件(100)表面向外凸起0.5～1cm的结构。

3.根据权利要求1或2所述的一种圆柱型电池包模块固定工具包，其特征在于：所述固定件(100)上还设有若干个散热孔(130)。

4.根据权利要求3所述的一种圆柱型电池包模块固定工具包，其特征在于：所述限位层(120)周向上开设有若干个第一凹槽(140)，所述第一凹槽(140)的底部与电芯位(110)顶端在同一个水平面上或第一凹槽(140)的底部与电芯位(110)顶端的下方。

5.根据权利要求4所述的一种圆柱型电池包模块固定工具包，其特征在于：所述凸台(220)在限位圈(210)上的排布位置与第一凹槽(140)在限位层(120)上的排布位置一致。

6.根据权利要求5所述的一种圆柱型电池包模块固定工具包，其特征在于：所述固定件(100)和固定零件(200)均为ABS材质。

7.一种使用权利要求1～3任意一项所述圆柱型电池包模块固定工具包更换电池芯的方法，其特征在于：所述圆柱型电池包模块两端使用固定件(100)固定；步骤为：

S101、去除需更换电池芯对应电芯位(110)上的限位层(120)，取出需更换的电池芯，再放入新的电池芯；

S102、然后在步骤S101去除限位层(120)的电芯位(110)上方开设多个第二凹槽(150)，第二凹槽(150)的数目与固定零件(200)上的凸台(220)数目相等，并且使得固定零件(200)上的凸台(220)配合插入第二凹槽(150)内，更换单颗电池芯完成。

8.根据权利要求7所述更换电池芯的方法，其特征在于：所述固定件(100)的限位层(120)周向上开设有若干个第一凹槽(140)，第一凹槽(140)的底部与电芯位(110)顶端在同一个水平面上或第一凹槽(140)的底部与电芯位(110)顶端的下方，所述固定零件(200)的凸台(220)在限位圈(210)上的排布位置与第一凹槽(140)在限位层(120)上的排布位置一致；

所述步骤S102中，在第一凹槽(140)的位置开设第二凹槽(150)，将固定零件(200)上的凸台(220)配合插入第二凹槽(150)内，更换单颗电池芯完成。

9.根据权利要求7或8所述更换电池芯的方法，其特征在于：所述固定零件(200)与固定件(100)之间涂覆结构胶加以固定。

10.根据权利要求9所述更换电池芯的方法，其特征在于：所述结构胶为环氧树脂结构胶或丙烯酸酯结构胶。

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