CN111477800A - 电池模块、电池包和车辆 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了电池模块、电池包和车辆。其中，电池模块包括：多个子模块，每个子模块包括：叠片体，叠片体包括多个堆叠体，堆叠体由多个软包电芯堆叠而成；在一个堆叠体中，各个软包电芯的正负极极耳分别连接形成正负极连接部，堆叠体通过正极连接部/负极连接部和与其相邻的另一个堆叠体的负极连接部/正极连接部串联连接；末端极耳保护壳，其设在位于两端的堆叠体的正极连接部或负极连接部；中间极耳保护壳；其设在相邻的两个堆叠体之间。该电池模块中的单体软包电芯并联，串联极耳直接连接，实现了各个堆叠体模块之间的级联。减少了串并联铜排以及外部安装结构，减少模块成组附件，降低成本和重量，提高空间利用率。
Description
技术领域
本发明涉及新能源汽车领域，具体而言，本发明涉及电池模块、电池包和车辆。
背景技术
随着新能源汽车的不断普及，新能源汽车中动力电池的使用要求变得越来越高。特别是用户对新能源汽车续时里程的要求不断提高，常见的新能源汽车，动力电池包无论在长度还是宽度方向，都超过1m；而目前市面上，电池模块的长度一般在0.3m左右，所以在动力电池包中，需要设置至少三个，甚至更多电池模块。
设置多个电池模块，则需要对每个电池模块均添加固定结构，组装复杂。同时，相邻两个电池模块之间需要通过外设的动力连接件进行动力连接。电池模块安装结构较多，不仅导致成本提高，而且导致整体重量上升；同时，单个模组体积内，安装结构占用了较多的内部空间，造成动力电池模块，电池包整体容量降低，电池包内电池模块设置越多，空间浪费就越多。另外，因需要设置多个外置动力连接件进行动力连接，导致内阻、成本增加，提高了动力电池包在使用中的内耗和成本。
综上所述，现有的新能源汽车电池组仍有待改进。
发明内容
本发明旨在至少在一定程度上解决相关技术中的技术问题之一。为此，本发明的一个目的在于提出电池模块、电池包和车辆。该电池模块中的单体软包电芯并联，串联极耳直接连接，实现了各个堆叠体模块之间的级联。从而，减少了堆叠体之间的串并联铜排以及外部安装结构，减少模块成组附件，降低成本和重量，提高空间利用率，进而可以在电池包能容纳更多的极组，提升车辆续航里程。
在本发明的一个方面，本发明提出了一种电池模块。根据本发明的实施例，该电池模块包括：多个子模块，每个所述子模块中包括：
叠片体，所述叠片体包括多个堆叠体，每个所述堆叠体由多个软包电芯堆叠而成；在一个所述堆叠体中，各个所述软包电芯的正极耳连接形成正极连接部，各个所述软包电芯的负极耳连接形成负极连接部，所述堆叠体通过正极连接部/负极连接部和与其相邻的另一个所述堆叠体的负极连接部/正极连接部串联连接；
末端极耳保护壳，所述末端极耳保护壳设在位于两端的所述堆叠体的正极连接部或负极连接部；所述末端极耳保护壳的两端分别设有两个第一定位结构，所述第一定位结构包括一个圆柱通孔和一个圆柱凹槽螺纹孔；
中间极耳保护壳，所述中间极耳保护壳设在相邻的两个所述堆叠体之间，且相邻的两个所述堆叠体之间上下各设置一个所述中间极耳保护壳；所述中间极耳保护壳的两端分别设有一个第二定位结构，所述第二定位结构包括一个圆柱通孔和一个圆柱凹槽螺纹孔；
侧板，所述侧板设在所述叠片体的左右两侧，所述侧板上分布设置有多个凸起结构和侧板通孔，所述凸起结构与所述圆柱凹槽螺纹孔相适配，所述侧板通孔与所述圆柱通孔相适配；
绝缘板，所述绝缘板设在所述叠片体的上下两侧。
根据本发明实施例的电池模块由多个子模块组成，每个子模块包括：叠片体，叠片体包括多个堆叠体，每个堆叠体中包括多个软包电芯，各个软包电芯中的正极耳汇集形成正极连接部，负极耳汇集形成负极连接部。一个堆叠体通过正极连接部和与其相邻的另一个堆叠体的负极连接部串联连接，或者一个堆叠体通过负极连接部和与其相邻的另一个堆叠体的正极连接部串联连接。相邻的两个堆叠体之间上下各设置一个中间极耳保护壳，位于两端的堆叠体的正极连接部或负极连接部设有末端极耳保护壳。末端极耳保护壳上具有第一定位结构，中间极耳保护壳上具有第二定位结构，第一和第二定位结构中的圆柱凹槽螺纹孔与侧板上的凸起结构适配，可便于侧板的快速安装，并利用螺钉固定；圆柱通孔与侧板通孔适配；多个子模块之间，用长螺杆穿过侧板通孔和各个圆柱通孔进行固定，从而制备得到大型电池模块。由此，该电池模块中的单体软包电芯并联，串联极耳直接连接，实现了各个堆叠体模块之间的级联。从而，减少了堆叠体之间的串并联铜排以及外部安装结构，减少模块成组附件，降低成本和重量，提高空间利用率，进而可以在电池包能容纳更多的极组，提升车辆续航里程。同时，该折叠电池组减少了模块之间外部动力连接件的使用，避免模组之间螺栓连接，无需考虑动力连接件的连接稳定性及可靠性，降低了连接内阻，进而减少了动力电池包在使用中的内耗。
另外，根据本发明上述实施例的电池模块还可以具有如下附加的技术特征：
在本发明的一些实施例中，所述末端极耳保护壳、所述中间极耳保护壳和所述绝缘板为绝缘阻燃材质。
在本发明的一些实施例中，所述电池模块的长度不小于600mm。
在本发明的一些实施例中，所述正极连接部和所述负极连接部之间通过激光焊接、超声波焊接或铆接串联连接。
在本发明的一些实施例中，所述正极连接部和所述负极连接部具有结构孔。
在本发明的一些实施例中，所述侧板具有凹凸的加强筋结构。
在本发明的一些实施例中，相邻两个所述叠片体之间设有缓冲泡棉，所述叠片体与所述侧板之间设有缓冲泡棉。
在本发明的一些实施例中，所述电池模块进一步包括：多个打包带，所述打包带设在所述侧板和所述绝缘板外部。
在本发明的另一方面，本发明提出了一种电池包。根据本发明的实施例，该电池包包括：上述实施例的电池模块。由此，该电池包具有前文针对电池模组所描述的全部特征和优点，在此不再一一赘述。总得来说，该电池包具有更低的成本和重量、更高的空间利用率和可靠性等优点。
在本发明的再一方面，本发明提出了一种车辆。根据本发明的实施例，该车辆包括上述实施例的电池模块或上述实施例的电池包。由此，该车辆具有前文针对电池模组或电池包所描述的全部特征和优点，在此不再一一赘述。总得来说，该车辆具有更佳的可靠性和续航里程。
本发明的附加方面和优点将在下面的描述中部分给出，部分将从下面的描述中变得明显，或通过本发明的实践了解到。
附图说明
本发明的上述和/或附加的方面和优点从结合下面附图对实施例的描述中将变得明显和容易理解，其中：
图1是多个根据本发明实施例的电池模块的结构示意图；
图2是根据本发明实施例的电池模块中一个子模块的结构示意图；
图3是根据本发明实施例的电池模块中一个子模块的爆炸图；
图4是根据本发明实施例的电池模块中软包电芯的结构示意图；
图5是根据本发明实施例的电池模块中叠片体的结构示意图；
图6是根据本发明实施例的电池模块中叠片体中相邻两堆叠体的连接部位示意图；
图7是根据本发明实施例的电池模块中叠片体的结构示意图；
图8是图7中A部位的放大图；
图9是图7中B部位的放大图；
图10是根据本发明实施例的电池模块中末端极耳保护壳的结构示意图；
图11是根据本发明实施例的电池模块中中间极耳保护壳的结构示意图；
图12是根据本发明实施例的电池模块中一个子模块的结构示意图；
图13是根据本发明实施例的电池模块中一个子模块的结构示意图；
图14是多个根据本发明实施例的电池模块在电池箱体中安装的结构示意图。
具体实施方式
下面详细描述本发明的实施例，所述实施例的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，旨在用于解释本发明，而不能理解为对本发明的限制。
在本发明的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“长度”、“宽度”、“厚度”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“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”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括至少一个该特征。在本发明的描述中，“多个”的含义是至少两个，例如两个，三个等，除非另有明确具体的限定。
在本发明中，除非另有明确的规定和限定，“安装”、“相连”、“连接”、“固定”等术语应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或成一体；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或两个元件的相互作用关系，除非另有明确的限定。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。术语“适配”可以做广义理解，或具体指两个或多个结构单元之间的设置位置对应(例如可以为同轴设置)，且彼此之间可以相互连接或固定。
在本发明中，除非另有明确的规定和限定，第一特征在第二特征“上”或“下”可以是第一和第二特征直接接触，或第一和第二特征通过中间媒介间接接触。而且，第一特征在第二特征“之上”、“上方”和“上面”可是第一特征在第二特征正上方或斜上方，或仅仅表示第一特征水平高度高于第二特征。第一特征在第二特征“之下”、“下方”和“下面”可以是第一特征在第二特征正下方或斜下方，或仅仅表示第一特征水平高度小于第二特征。
在本发明的一个方面，本发明提出了一种电池模块。参考图1～13，根据本发明的实施例，该电池模块包括：
叠片体100，叠片体100包括多个堆叠体110，每个堆叠体110由多个软包电芯堆111叠而成；在一个堆叠体110中，各个软包电芯111的正极耳连接形成正极连接部，各个软包电芯111的负极耳连接形成负极连接部，堆叠体110通过正极连接部/负极连接部和与其相邻的另一个堆叠体110的负极连接部/正极连接部串联连接；
末端极耳保护壳200，末端极耳保护壳200设在位于两端的堆叠体110的正极连接部或负极连接部；末端极耳保护壳200的两端分别设有两个第一定位结构，第一定位结构包括一个圆柱通孔210和一个圆柱凹槽螺纹孔220；
中间极耳保护壳300，中间极耳保护壳300设在相邻的两个堆叠体110之间，且相邻的两个堆叠体之间上下各设置一个中间极耳保护壳300；末端极耳保护壳300的两端分别设有一个第二定位结构，第一定位结构包括一个圆柱通孔310和一个圆柱凹槽螺纹孔320；
侧板400，侧板400设在叠片体100的左右两侧，侧板400上分布设置有多个凸起结构410和侧板通孔420，凸起结构410与圆柱凹槽螺纹孔220相适配，侧板通孔420与圆柱通孔210相适配；
绝缘板500，绝缘板500设在叠片体100的上下两侧。
根据本发明实施例的电池模块由多个子模块组成，每个子模块包括：叠片体，叠片体包括多个堆叠体，每个堆叠体中包括多个软包电芯，各个软包电芯中的正极耳汇集形成正极连接部，负极耳汇集形成负极连接部。一个堆叠体通过正极连接部和与其相邻的另一个堆叠体的负极连接部串联连接，或者一个堆叠体通过负极连接部和与其相邻的另一个堆叠体的正极连接部串联连接。相邻的两个堆叠体之间上下各设置一个中间极耳保护壳，位于两端的堆叠体的正极连接部或负极连接部设有末端极耳保护壳。末端极耳保护壳上具有第一定位结构，中间极耳保护壳上具有第二定位结构，第一和第二定位结构中的圆柱凹槽螺纹孔与侧板上的凸起结构适配，可便于侧板的快速安装，并利用螺钉固定；圆柱通孔与侧板通孔适配；多个子模块之间，用长螺杆穿过侧板通孔和各个圆柱通孔进行固定，从而制备得到大型电池模块。由此，该电池模块中的单体软包电芯并联，串联极耳直接连接，实现了各个堆叠体模块之间的级联。从而，减少了堆叠体之间的串并联铜排以及外部安装结构，减少模块成组附件，降低成本和重量，提高空间利用率，进而可以在电池包能容纳更多的极组，提升车辆续航里程。同时，该折叠电池组减少了模块之间外部动力连接件的使用，避免模组之间螺栓连接，无需考虑动力连接件的连接稳定性及可靠性，降低了连接内阻，进而减少了动力电池包在使用中的内耗。
下面进一步对根据本发明实施例的电池模块进行详细描述。
根据本发明的一些实施例，参考图1，将多个子模块并排放置后，可利用长螺杆810穿过各个子模块中侧板上的侧板通孔和极耳保护壳上的圆柱通孔，并利用螺母820在长螺杆810的端部固定。
在本发明的电池模块中，采用本领域常见的软包电芯。参考图4，软包电芯111包括正极耳111a负极耳111b。软包电芯111外部还包裹有封装结构，例如铝塑膜等。
根据本发明的一些实施例，一个叠片体中的堆叠体个数至少包括两个，即两个位于端部的堆叠体，位于叠片体中间的堆叠体个数没有特别限制，可以根据实际需要设置为0个、1个、2个、3个等。例如，图5示出的叠片体中包括两个位于端部的堆叠体和一个位于中间的堆叠体。图6具体示出了相邻两堆叠体连接部位的结构示意图，如图6所示，一个堆叠体中各个软包电芯的极耳并联形成正极连接部或负极连接部，并与另一堆叠体中的负极连接部或正极连接部相连。图7～9进一步示出了图6所示叠片体另一视角的结构示意图。
参考图8和9，根据本发明的一些实施例，上述正极连接部和负极连接部具有结构孔231、连接区域232。该结构孔可用于对两堆叠体的极耳进行辅助连接，利用利用结构孔进行铆接、螺栓连接等方式辅助极耳的固定，提高极耳连接的可靠性。
参考图3，根据本发明的一些实施例，上述侧板具有凹凸的加强筋结构430。通过在侧板上设置加强筋结构，可以进一步有利于抵抗模组中电芯的膨胀力。
参考图10，根据本发明的一些实施例，末端极耳保护壳200两端分别设有两个第一定位结构，该第一定位结构包括一个圆柱通孔210和一个圆柱凹槽螺纹孔220。圆柱通孔210与侧板通孔适配，可用于利用长螺杆穿过侧板通孔和圆柱通孔210以便将多个电池模块固定。圆柱凹槽螺纹孔220与侧板上的凸起结构适配，可便于侧板的快速安装定位，并利用螺钉固定。
参考图11，根据本发明的一些实施例，中间极耳保护壳300的两端分别设有一个第二定位结构，该第二结构包括一个圆柱通孔310和一个圆柱凹槽螺纹孔320。圆柱通孔310与侧板通孔适配，可用于利用长螺杆穿过侧板通孔和圆柱通孔310以便将多个电池模块固定；圆柱凹槽螺纹孔320与侧板上的凸起结构适配，可便于侧板的快速安装定位，并利用螺钉固定。
根据本发明的一些实施例，侧板材质可以为金属或者塑料，金属例如可以为铝、铜、铁及其合金材料等。塑料优选为高强度的热固性塑料，如SMC(片状模塑料)。侧板采用金属材质时，可采用冲压等工艺成型，采用塑料材质时，可采用模具注塑等工艺成型。
末端极耳保护壳、中间极耳保护壳可以为堆叠体中各软包电芯并联得到极耳进行保护，绝缘板可以为电芯提供保护。根据本发明的一些实施例，上述末端极耳保护壳、中间极耳保护壳和绝缘板为绝缘阻燃材质，例如PP、ABS、PC、PA、PA66等。
根据本发明的一些实施例，上述电池模块的长度不小于600mm。
根据本发明的一些实施例，上述正极连接部和所述负极连接部之间通过激光焊接、超声波焊接或铆接串联连接。叠片体中各个堆叠体的极耳通过以上方式单独或者复合连接。
根据本发明的一些实施例，相邻两个叠片体之间设有缓冲泡棉，叠片体与侧板之间设有缓冲泡棉。由此，利用缓冲泡棉既可以为电池组初期组装提供固定的预紧力，也可以在电池组使用后期对电芯膨胀力进行吸收。
根据本发明的一些实施例，堆叠体中的各个软包电芯之间、相邻的两个叠片体之间、侧板与缓冲泡棉和叠片体之间可以采用结构胶粘接，结构胶的厚度可以为0.05～0.2mm，例如0.05mm、0.1mm、0.15mm、0.2mm等。由此，可以进一步提高各构件之间的结构稳定性。
参考图12，根据本发明的一些实施例，上述电池模块进一步包括：多个打包带600，所述打包带设在侧板和绝缘板外部。利用打包带对电池模块进行捆扎，可以有效抵抗内部软包电芯的膨胀力，且重量轻、容易实现。另外，可以根据软包电芯表面膨胀区域膨胀程度的不同，有针对性地在不同位置设置打包带。
参考图13，根据本发明的一些实施例，位于叠片体两端的极耳处可以进一步设置连接排700，以便在端部将各个叠片体中的将正负极极耳分别进行汇总。
综上可知，根据本发明实施例的折叠电池组具有下列优点的至少之一：
1、电池模块内部连接，没有铜排、铝排等导电的附加结构，成本低，连接快速；
2、堆叠体中各软包电芯先并联，然后堆叠体之间再串联组成叠片体，各个叠片体之间再串联，从而减少了组装的零部件数量；
3、电池模块采用打包带捆扎，用于抵抗软包电芯膨胀力。解决方案重量轻、容易实现；
4、相比于传统模组每个模块都需四个螺栓固定和连接的传统电池模组，减少的每个模块固定螺栓和次数，大大提高生产效率；
5、相比于需四个螺栓固定的传统电池模组，相同数量的电芯的叠片体之间不需要预留用于安装、模组膨胀、外部连接的空间，能够大幅度提高叠片组在电池系统中的体积利用率；
6、通过侧板上设置的侧板通孔和极耳保护壳上的圆柱通孔，可以利用长螺杆和螺母将多个电池模块进行连接，形成大型叠片组，提高成组效率和电池包的空间利用率。
在本发明的另一方面，本发明提出了一种电池包。根据本发明的实施例，该电池包包括：上述实施例的电池模块。由此，该电池包具有前文针对电池模组所描述的全部特征和优点，在此不再一一赘述。总得来说，该电池包具有更低的成本和重量、更高的空间利用率和可靠性等优点。
参考图14，根据本发明的一些实施例，电池包可以通过将上述实施例的电池模块安装在电池箱体900中制作而成。
在本发明的再一方面，本发明提出了一种车辆。根据本发明的实施例，该车辆包括上述实施例的电池模块或上述实施例的电池包。由此，该车辆具有前文针对电池模组或电池包所描述的全部特征和优点，在此不再一一赘述。总得来说，该车辆具有更佳的可靠性和续航里程。
在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不必须针对的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。此外，在不相互矛盾的情况下，本领域的技术人员可以将本说明书中描述的不同实施例或示例以及不同实施例或示例的特征进行结合和组合。
尽管上面已经示出和描述了本发明的实施例，可以理解的是，上述实施例是示例性的，不能理解为对本发明的限制，本领域的普通技术人员在本发明的范围内可以对上述实施例进行变化、修改、替换和变型。
Claims (10)
1.一种电池模块，其特征在于，包括：多个子模块，每个所述子模块中包括：
叠片体，所述叠片体包括多个堆叠体，每个所述堆叠体由多个软包电芯堆叠而成；在一个所述堆叠体中，各个所述软包电芯的正极耳连接形成正极连接部，各个所述软包电芯的负极耳连接形成负极连接部，所述堆叠体通过正极连接部/负极连接部和与其相邻的另一个所述堆叠体的负极连接部/正极连接部串联连接；
末端极耳保护壳，所述末端极耳保护壳设在位于两端的所述堆叠体的正极连接部或负极连接部；所述末端极耳保护壳的两端分别设有两个第一定位结构，所述第一定位结构包括一个圆柱通孔和一个圆柱凹槽螺纹孔；
中间极耳保护壳，所述中间极耳保护壳设在相邻的两个所述堆叠体之间，且相邻的两个所述堆叠体之间上下各设置一个所述中间极耳保护壳；所述中间极耳保护壳的两端分别设有一个第二定位结构，所述第二定位结构包括一个圆柱通孔和一个圆柱凹槽螺纹孔；
侧板，所述侧板设在所述叠片体的左右两侧，所述侧板上分布设置有多个凸起结构和侧板通孔，所述凸起结构与所述圆柱凹槽螺纹孔相适配，所述侧板通孔与所述圆柱通孔相适配；
绝缘板，所述绝缘板设在所述叠片体的上下两侧。
2.根据权利要求1所述的电池模块，其特征在于，所述末端极耳保护壳、所述中间极耳保护壳和所述绝缘板为绝缘阻燃材质。
3.根据权利要求1所述的电池模块，其特征在于，所述电池模块的长度不小于600mm。
4.根据权利要求1所述的电池模块，其特征在于，所述正极连接部和所述负极连接部之间通过激光焊接、超声波焊接或铆接串联连接。
5.根据权利要求1所述的电池模块，其特征在于，所述正极连接部和所述负极连接部具有结构孔。
6.根据权利要求1所述的电池模块，其特征在于，所述侧板具有凹凸的加强筋结构。
7.根据权利要求1所述的电池模块，其特征在于，相邻两个所述叠片体之间设有缓冲泡棉，所述叠片体与所述侧板之间设有缓冲泡棉。
8.根据权利要求1所述的电池模块，其特征在于，进一步包括：多个打包带，所述打包带设在所述侧板和所述绝缘板外部。
9.一种电池包，其特征在于，包括：权利要求1～8任一项所述的电池模块。
10.一种车辆，其特征在于，包括：权利要求1～8任一项所述的电池模块或权利要求9所述的电池包。
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