CN110739423A - 模块化锂电池模组单元 - Google Patents

Abstract

本申请公开了一种模块化锂电池模组单元，包括：电芯单元、支架、端子组件；其中，支架形成有固定槽，电芯单元的端部嵌入在固定槽中；固定槽分为：第一类槽，形成于支架的一侧；第二类槽，形成于支架的另一侧；第一类槽与第二类槽相对设置，支架在第一类槽和第二类槽之间设有一个通过孔；端子组件包括：第一端子部，用于接触本模块化锂电池模组单元的电芯单元；第二端子部，用于使各个第一端子部之间构成导电连接；第三端子部，用于穿过通过孔以使端子组件能将电流引导通过通过孔。本申请的有益之处在于提供了一种免于焊接而又能在电芯单元彼此构成机械连接的同时又构成电性连接的锂电池模组单元。

Description

模块化锂电池模组单元

技术领域

本申请涉及一种电池模组的单元，具体而言，涉及一种模块化锂电池模组单元。

背景技术

“锂电池”是一类由锂金属或锂合金为负极材料、使用非水电解质溶液的电池。1912年锂金属电池最早由Gilbert N. Lewis提出并研究。20世纪70年代时，M. S.Whittingham提出并开始研究锂离子电池。由于锂金属的化学特性非常活泼，使得锂金属的加工、保存、使用，对环境要求非常高。随着科学技术的发展，现在锂电池已经成为了主流。

随着科技进一步发展，锂电池在新能源汽车等领域已经成为十分重要的电能来源，单节电芯往往被封装为一个电池模组，然后再辅以外围电路构成可以单独使用的电池包。

在相关文献的记载中，电池模组的组装往往存在组装不便和以及对电芯构成电性连接较为复杂的弊端。

如果中国专利文献CN208093630U记载的一种锂电池模组，其通过铝条使一个串联单元中各个并联电芯构成电性连接，然后通过外部的电性连接结构使各个串联单元构成串联，但是这样连接方式，会导致一个串联单元中并联的电芯产生不均衡的情况，从而导致部分电芯首先产生恶化，从而影响该串联单元的寿命，从而降低那些还处于较优状态的电芯的利用率。

发明内容

一种模块化锂电池模组单元，包括：若干电芯单元，用于存储电能；所述电芯单元仅在空间两个相互垂直的维度中重复排列以构成所述电芯单元单层阵列；所述模块化锂电池模组单元还包括：两个支架，用于从所述电芯单元的单层阵列两侧固定所述电芯单元的位置；端子组件，用于使所述单层阵列中的各个所述电芯单元构成电性连接；其中，所述支架形成有用于固定所述电芯单元端部的固定槽，所述电芯单元的端部嵌入在所述固定槽中；所述固定槽分为：第一类槽，形成于所述支架的一侧；第二类槽，形成于所述支架的另一侧；所述第一类槽与所述第二类槽相对设置，所述支架在所述第一类槽和所述第二类槽之间设有一个通过孔；所述端子组件包括：第一端子部，用于接触本模块化锂电池模组单元的电芯单元；第二端子部，用于使各个所述第一端子部之间构成导电连接；第三端子部，用于穿过所述通过孔以使所述端子组件能将电流引导通过所述通过孔。

进一步地，所述端子组件还包括：第四端子部，用于夹持本模块化锂电池模组单元的电芯单元。

进一步地，第五端子部，至少部分位于所述支架之外以将所述端子组件引导电流引导至支架之外。

进一步地，所述第一端子部、第三端子部、第四端子部为一个整体。

进一步地，所述第一端子部、第二端子部、第三端子部为一个整体。

进一步地，所述第一端子部、第二端子部、第三端子部、第四端子部为一个整体。

进一步地，所述模块化锂电池模组单元还包括：连接组件，用于将两个所述支架连接为一个整体。

进一步地，所述模块化锂电池模组单元还包括：引出件，固定在所述支架的外侧以定位所述第五端子部。

进一步地，所述模块化锂电池模组还包括：封件，所述封件设置于所述支架位于外侧的固定槽处以封闭所述固定槽。

进一步地，两个所述支架为相同的支架。

本申请的有益之处在于：

提供了一种免于焊接而又能在电芯单元彼此构成机械连接的同时又构成电性连接的锂电池模组单元。

附图说明

构成本申请的一部分的附图用来提供对本申请的进一步理解，使得本申请的其它特征、目的和优点变得更明显。本申请的示意性实施例附图及其说明用于解释本申请，并不构成对本申请的不当限定。在附图中：

图1为本申请的一个模块化锂电池模组的结构示意图；

图2为图1所示的模块化锂电池模组的爆炸结构示意图；

图3为图1所示的模块化锂电池模组的爆炸结构示意图；

图4为图1所示的模块化锂电池模组中支架的结构示意图；

图5为图1所示的模块化锂电池模组中单元端子的结构示意图；

图6为图1所示的模块化锂电池模组中并联端子的结构示意图；

图7为图1所示的模块化锂电池模组中局部结构示意图；

图8为图7所示局部相对侧的结构示意图；

图9和图10示出本申请单元端子的另一个实施方案；

图11和图12示出本申请单元端子的另一个实施方案；

图13示出本申请模块化锂电池模组的另一实施方案；

图14为图13中单元端子结构示意图；

图15为图13所示方案另一视角的结构示意图；

图16示出本申请并联单元的另一实施方案；

图17示出本申请端子组件的一个实施方案；

图18为图17所示方案中一个单元端子的结构示意图；

图19示出本申请模块化锂电池模组的另一实施方案；

图20为图19中局部结构示意图；

图21为图19所示结构的爆炸图。

具体实施方式

为了使本技术领域的人员更好地理解本申请方案，下面将结合本申请实施例中的附图，对本申请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申请一部分的实施例，而不是全部的实施例。基于本申请中的实施例，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，都应当属于本申请保护的范围。

需要说明的是，本申请的说明书和权利要求书及上述附图中的术语“第一”、“第二”等是用于区别类似的对象，而不必用于描述特定的顺序或先后次序。应该理解这样使用的数据在适当情况下可以互换，以便这里描述的本申请的实施例。此外，术语“包括”和“具有”以及他们的任何变形，意图在于覆盖不排他的包含，例如，包含了一系列步骤或单元的过程、方法、系统、产品或设备不必限于清楚地列出的那些步骤或单元，而是可包括没有清楚地列出的或对于这些过程、方法、产品或设备固有的其它步骤或单元。

在本申请中，术语“上”、“下”、“左”、“右”、“前”、“后”、“顶”、“底”、“内”、“外”、“中”、“竖直”、“水平”、“横向”、“纵向”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。这些术语主要是为了更好地描述本申请及其实施例，并非用于限定所指示的装置、元件或组成部分必须具有特定方位，或以特定方位进行构造和操作。

并且，上述部分术语除了可以用于表示方位或位置关系以外，还可能用于表示其他含义，例如术语“上”在某些情况下也可能用于表示某种依附关系或连接关系。对于本领域普通技术人员而言，可以根据具体情况理解这些术语在本申请中的具体含义。

此外，术语“安装”、“设置”、“设有”、“连接”、“相连”、“套接”应做广义理解。例如，可以是固定连接，可拆卸连接，或整体式构造；可以是机械连接，或电连接；可以是直接相连，或者是通过中间媒介间接相连，又或者是两个装置、元件或组成部分之间内部的连通。对于本领域普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本申请中的具体含义。

需要说明的是，在不冲突的情况下，本申请中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。下面将参考附图并结合实施例来详细说明本申请。

如图1至图8所示，模块化锂电池模块100，包括：若干电芯单元102、支架101、单元端子107、并联端子108和连接组件。

其中，电芯单元102用于存储电能。作为一种具体方案，电芯单元102可以选用18650电芯。当然，也可以采用其他类型的电芯。

作为具体方案，如图4所示，支架101形成有用于固定电芯单元102端部的固定槽106，电芯单元102的端部嵌入在固定槽106中。该固定槽106的槽底面是贯穿的以方便连接组件穿过以连接不同电芯单元102使它们构成电性连接。

如图7至8所示，同样为了实现单元化安装，支架101的两侧均形成有固定槽106，其中一侧的固定槽106主要用于固定电芯单元102，将其定义为第一类槽119；另一侧的固定槽106除了固定电芯单元102还对单元端子107和并联端子108均起到固定作用，将其定义为第二类槽120。

本申请还设有封件104，用于封闭支架101的固定槽106，在进行装配时，位于组件端部的支架101可以被封件104所封闭，而位于中间的支架101则可以同时定位两侧的电芯单元102。

单元端子107安装在电芯单元102的一端并与另一电芯单元102构成接触（另一个电芯单元102也被同一支架101所固定）；单元端子107设置在第二类槽120中，第二类槽120形成有能对单元端子107构成限位的限位结构和使单元端子107穿过支架101的端子通孔121。

具体而言，如图5所示，单元端子107包括：环状部113、夹持部115和接触部114。

其中，环状部113被构造为一个环形；若干夹持部115设置在环状部113的周边并向第一方向延伸形成；接触部114形成于环状部113的内部且向与第一方向相反的第二方向延伸。

作为具体方案，夹持部115至少包括一个弧形结构以使夹持部115向靠近电芯单元102方向凸出。这样能够使夹持部115更好的夹持电芯单元102的端部。

作为扩展方案，第二类槽120的槽壁出设有若干定位缺口123，单元端子107的夹持部115可以嵌入在定位缺口123中，一方面定位缺口123可以对单元端子107起到定位作用，另一方面，定位缺口123提供部分容纳夹持部115的空间。

具体而言，环状部113内部设有多个接触部114，它们形成于环状部113的内环边缘且沿内环边缘分布。接触部114用于穿过支架101的端子通孔121以接触另一个电芯单元102。作为具体方案，接触部114具有一个梯形的外表面。环状部113、夹持部115和接触部114一体成形。这样构造也比较便于加工。

模块化锂电池模块100还包括：并联端子108。并联端子108至少部分嵌入固定槽106中并与单元端子107构成接触；支架101形成有并联通道以使并联端子108从一个固定槽106延伸至另一个固定槽106以使并联端子108至少能与两个以上的单元端子107同时构成接触。

如图6和图8所示，并联端子108包括：单元部116和连接部117，该单元部116用于与单元端子107的单元部116接触和贴合以构成电性连接；连接部117形成与不同的单元部116之间，以使不同单元部116之间构成传导电流的通道。单元部116可以被构造为圆环形。

采用并联端子108分别与多个单元端子107连接从而实现多个电芯单元102的并联。

如图8所示，为了定位和容纳并联端子108的连接部117，支架101在不同的第二类槽120之间形成有连通槽122，连接部117嵌入在连通槽122中。

引出端子105包括：导电部124、固定部125和中间部126。其中，导电部124用于接触并联端子；固定部125用于被固定在模块化锂电池模组支架的外侧。中间部126设置在导电部124和固定部125之间。导电部124与固定部125一体成型。

模块化锂电池模块100还包括：引出端子105；引出端子105至少部分设置支架101中位于边缘的固定槽106中并至少与串联端子和并联端子108中的一个接触。其另一部分引出至支架101范围以外。

作为一种优选方案，模块化锂电池模块100还包括：引出件118，引出件118固定在支架101一个侧壁处，其设有一个凹槽，引出端子105位于支架101范围之外的部分嵌入在该凹槽中。

具体而言，引出端子118包括导电部124、中间部125和固定部126。其中，导电部124用于接触并联端子108，固定部126用于被固定在支架101的外侧；中间部12用于连接在导电部124和固定部126之间以使固定部126能够被翻折至支架101的外侧。导电部124、中间部125和固定部126一体成型。

具体而言，模块化锂电池模块100还包括：封件104，封件104设置于模块化锂电池模块100中位于最外侧的支架101的固定槽106中。封件104作用，类似于封闭空间的盖子，其作用在于封闭最外侧的固定槽106（包括第一类槽119和第二类槽120。

具体而言，连接组件包括第一连接件和第二连接件；第一连接件连接至一个支架101，第二连接件连接至另一个支架101以使两个支架101构成为一个整体。具体而言，第一连接件被构造为一个连接螺栓103，第二连接件被构造为连接螺母112；支架101形成有一个供连接螺栓103穿过的螺栓孔110和一个供连接螺母112嵌入的螺母槽111。

如图8所示，支架101设有若干螺母槽111，该螺母槽111具有六边形的结构以容纳和定位连接螺母112。

整个结构采用非焊工艺，便于后期电芯单元102回收再利用。

如图9和图10所示，该单元端子200之前所介绍的单元端子107具有相类似的环状部201和接触部205，单元端子200用于夹持或套装电芯单元端部的结构被构造为更加封闭，具体而言，单元端子200的夹持部包含一个套装环203和夹持腿204。其中，套装环203形成了一个圆环结构，该圆环结构用于套装电芯单元，夹持腿204形成于环状部的周向，并沿着周向设置为多个，夹持退204连接在环状部201和套装环203之间，作为一种具体方案，夹持腿204形成有多个弯曲结构。单元端子200可以由一个整体金属原料一体冲压制成。

需要说明的是，单元端子200的环状部201的边缘可以被构造为圆形。

如图11和图12所示的单元端子300，其包括环状部301、夹持部302和接触部303。作为一种可选方案，单元端子300与单元端子107的区别在于，环状部301的边缘被构造为六边形，这里所指的被构造为六边形是指，边缘至少有一部分是重合与一个六边形的，比如图11所示，环状部301的边缘实际是带有圆角的六边形。

如图13至图15所示的模块化锂电池模组400，其包括支架401、单元端子402和电芯单元409。

单元端子402包括：环状部403、夹持部404、接触部405、上升部406、下降部407、跨接部408和平接部411。

其中，单元端子402的环状部403、夹持部404和接触部405采用与单元端子107相应结构相同的方案。单元端子402的区别在于上升部406、下降部407、跨接部408和平接部411，这四个部分构成能在不同单元端子402之间构成电流的通道，并且将电流能引出至支架401之外。

上升部406用于沿着支架401的凹槽向上延伸，使端子爬升出凹槽，跨接部408使单元端子402结构从支架的一个凹槽延伸至另一个凹槽，或者从支架的一个凹槽延伸至支架之外。下降部407沿着另一个凹槽或支架外壁向下延伸，一直延伸至平接部411，平接部411连接至下降部407。平接部411形成有一个接触面，该接触面能与另一个单元端子402的环状部403构成接触，从而传导电流。

采用这样的方案，支架除了容纳电芯单元凹槽不必再设置其他凹槽。并且，仅采用单元端子402调整相应的定位方向，既可以实现电池模组中电芯单元串联、并联和引出连接的功能。

如图16所示的并联端子500，该并联端子500包括：单元部501和连接部502。其中，单元部501被构造用于接触电芯单元，这种连接可以是直接的，也可以是间接的，连接部502设置在单元部501之间将不同单元部501连接成为一个整体。

多个单元部501构成在第一维度和与第一维度垂直的第二维度上重复设置以构成阵列；两个相邻的单元部501之间设置连接部502。一部分连接部502大致沿第一维度延伸；一部分连接部504大致沿第二维度延伸。

连接部502、504至少部分被构造为具有两条平行直线边缘，连接部502的直线边缘平行于第一维度，连接部504的直线边缘平行于第二维度。连接部502设有一个缺口。

作为一个具体方案，连接部502、504单元部被构造为矩形，该矩形具有圆角结构。

如图17所示的端子组件600包括多个单元端子601。

单元端子601包括：接触部602、环状部603、夹持部604、插槽部605、插接部606。

单元端子601的接触部602、环状部603、夹持部604可以采用单元端子107相类似的方案。

插槽部605和插接部606形成与环状部603的周向上，具体而言，在周向上两个插槽部605之间相对设置，在相对转动90度位置处，两个插接部606相对设置。

插槽部605形成有一个插槽，插接部606能够插入至插槽部605的插槽，从而使一个单元端子601与另一个单元端子601构成连接。这样一来，单元端子605既实现单元端子601串联也实现不同的单元端子601之间并联。

作为扩展方案，位于边缘的单元端子601也具有单元端子402的上升部406、下降部407、跨接部408和平接部411，从而实现端子引出的功能。

如图19至图20所示的模块化锂电池模组700，包括若干个单元模块701和若干个电芯单元702。

单元模块701设有凸块704和卡槽705，单元模块701可以通过凸块704和卡槽705构成拼接，从而构成一个如前所介绍的支架。单元模块701设有凹槽以固定电芯单元702。

作为一种扩展方案，单元模块701的边角圆弧形轮廓或其他缺口的轮廓，在单元模块701拼接完成后，这些轮廓可以组合成供螺栓通过通孔或者以上介绍的螺母孔等。

单元端子703可以采用图中的方案，也可以采用如上介绍的其他单元端子的结构。

如之前的具体实施方案描述以及参照附图可知，就一个组成模块化锂电池模组的最小重复组成部分而言，其作用主要是使若干电芯单元构成一个整体，这个整体不仅仅是指结构上为一个整体，并且还指这些电芯单元已经构成电性连接，从而使这个整体在与另一个结合时，它们的电芯单元可以构成电性连接，将这样的整体定义为模块化锂电池模组单元。

在一个模块化锂电池模组单元中，电芯单元仅在空间两个相互垂直的维度中重复排列以构成电芯单元单层阵列；模块化锂电池模组单元还包括：两个支架，用于从电芯单元的单层阵列两侧固定电芯单元的位置；端子组件，用于使单层阵列中的各个电芯单元构成电性连接；端子组件包括：第一端子部，用于接触本模块化锂电池模组单元的电芯单元；第二端子部，用于使各个第一端子部之间构成导电连接；第三端子部，用于穿过通过孔以使端子组件能将电流引导通过支架的通过孔。

作为具体的方案，端子组件还包括：第四端子部和第五端子部。其中，第四端子部用于夹持本模块化锂电池模组单元的电芯单元；第五端子部至少部分位于支架之外以将端子组件引导电流引导至支架之外。

作为一种第具体方案，第一端子部、第三端子部、第四端子部为一个整体，比如之前实施例中的单元端子107。

作为另一种具体方案，第一端子部、第二端子部、第三端子部为一个整体，比如之前实施例中的单元端子601。

作为另一种具体方案，第一端子部、第二端子部、第三端子部、第四端子部为一个整体，比如之前实施例中的单元端子402。

在端子组件包括：单元端子、并联端子和引出端子的方案时，第一端子部可以由环形部构成，第二端子部可以由连接部构成，第三端子部可以由接触部构成，第四端子部可以由夹持部构成，而第五端子部可以由引出端子构成。

如以上实施例，端子组件也可以仅包括单元端子和引出端子，或者仅包括单元端子。

另一方面，本申请还介绍一种模块化锂电池模组制造方法，该制造方法包括：

制造电芯单元、支架、单元端子和连接组件；

将单元端子设置在支架位于内侧的固定槽中；

将电芯单元设置在两个支架之间，并使电芯单元的端部嵌入至已设置单元端子的固定槽中从而使电芯单元与单元端子构成电性连接；

使用连接组件将多个支架以及由支架所固定的电芯单元构成一个整体；

制造并联端子；

将并联端子设置在支架位于内侧的固定槽中；

将连接螺母嵌入至螺母槽中；

将连接螺栓穿过螺栓孔并旋入至螺母槽中的连接螺母中；

将封件安装至最外侧支架的固定槽中。

作为一种可选方案，单元端子的材料包括如下质量百分比的组分：银：0.9%至1.1%；铝：0.1%至2%；铁：0.1%至2%；余量为铜。

作为具体方案，整体的材料还包括如下质量百分比的组分：铍：1.5%至2.5 %。整体的材料还包括如下质量百分比的组分：钴：0.5%至1.5%；镍：4 %至6%；硅：0.1%至2%。

作为一种实例，铍的含量为1.85%至2.1%；钴的含量为1.5%至2.5 %；镍的含量为4%至6%；硅的含量为0.15%，铝的含量为0.15%，铁的含量为0.15%。

作为一种可选方案，并联端子的材料包括如下质量百分比的组分：铁：0.2%至0.4%；镍：0.1%至0.2%；余量为铜。

作为具体方案，并联端子的材料还包括如下质量百分比的组分：PTC材料：20%至40%。更具体的，PTC材料的含量为25%至35%。

作为一种具体方案，铁的含量为0.3%；镍的含量为0.15%；PTC材料的含量为30%；余量为铜。

适用于模块化锂电池模组的并联端子整体均由相同材料构成且均为一体成型。

采用以上的材料，既可以保证导电性能同时又适于加工。

以上所述仅为本申请的优选实施例而已，并不用于限制本申请，对于本领域的技术人员来说，本申请可以有各种更改和变化。凡在本申请的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本申请的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种模块化锂电池模组单元，包括：

若干电芯单元，用于存储电能；所述电芯单元仅在空间两个相互垂直的维度中重复排列以构成所述电芯单元单层阵列；

其特征在于：

所述模块化锂电池模组单元还包括：

两个支架，用于从所述电芯单元的单层阵列两侧固定所述电芯单元的位置；

端子组件，用于使所述单层阵列中的各个所述电芯单元构成电性连接；

其中，所述支架形成有用于固定所述电芯单元端部的固定槽，所述电芯单元的端部嵌入在所述固定槽中；

所述固定槽分为：

第一类槽，形成于所述支架的一侧；

第二类槽，形成于所述支架的另一侧；

所述第一类槽与所述第二类槽相对设置，所述支架在所述第一类槽和所述第二类槽之间设有一个通过孔；

所述端子组件包括：

第一端子部，用于接触本模块化锂电池模组单元的电芯单元；

第二端子部，用于使各个所述第一端子部之间构成导电连接；

第三端子部，用于穿过所述通过孔以使所述端子组件能将电流引导通过所述通过孔。

2.根据权利要求1所述的模块化锂电池模组单元，其特征在于：

所述端子组件还包括：

第四端子部，用于夹持本模块化锂电池模组单元的电芯单元。

3.根据权利要求2所述的模块化锂电池模组单元，其特征在于：

所述端子组件还包括：

第五端子部，至少部分位于所述支架之外以将所述端子组件引导电流引导至支架之外。

4.根据权利要求3所述的模块化锂电池模组单元，其特征在于：

所述第一端子部、第三端子部、第四端子部为一个整体。

5.根据权利要求3所述的模块化锂电池模组单元，其特征在于：

所述第一端子部、第二端子部、第三端子部为一个整体。

6.根据权利要求3所述的模块化锂电池模组单元，其特征在于：

所述第一端子部、第二端子部、第三端子部、第四端子部为一个整体。

7.根据权利要求3所述的模块化锂电池模组单元，其特征在于：

所述模块化锂电池模组单元还包括：

连接组件，用于将两个所述支架连接为一个整体。

8.根据权利要求3所述的模块化锂电池模组单元，其特征在于：

所述模块化锂电池模组单元还包括：

引出件，固定在所述支架的外侧以定位所述第五端子部。

9.根据权利要求1所述的模块化锂电池模组单元，其特征在于：

所述模块化锂电池模组还包括：封件，所述封件设置于所述支架位于外侧的固定槽处以封闭所述固定槽。

10.根据权利要求1所述的模块化锂电池模组单元，其特征在于：

两个所述支架为相同的支架。

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