CN111599955A - 一种无模组类铝壳电池模组及铝壳电池 - Google Patents
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Abstract
一种无模组类铝壳电池模组及铝壳电池，该无模组类铝壳电池模组包括壳体、装于壳体内的电芯模块、位于电芯模块上的柔性线路板，电芯模块由多个铝壳电芯依次排列组成，各铝壳电芯的极柱分别经汇流铝排连接，电芯模块两端的铝壳电芯极柱处的汇流铝排装于铝排引出极端子座上，铝排引出极端子座装于端板上端侧部，相邻两铝壳电芯之间设有隔热缓冲棉，电芯模块两端各设有一个端板，电芯模块前后两侧各设有一个侧板，端板和侧板形成壳体，柔性线路板两端经补强板卡接于装于端板上端中部的FPCB端子座上面，柔性线路板两侧的镍片与各汇流铝排连接。本发明根据铝壳动力电池本身的特性来设计，结构简单，易装配，适应性强，降低了成本，提高了能量密度。
Description
技术领域
本发明属于铝壳电池PACK技术领域，具体涉及一种铝壳电池模组及铝壳电池。
背景技术
动力方形铝壳电池，主要组成部件包括:顶盖、壳体、正极板、负极板、叠片、绝缘件、安全组件等。其中存在两个安全结构：NSD针刺安全装置和OSD过充保护装置。
铝壳电池是指外壳为铝壳封装材料（通常为方形铝壳）的锂电池，具有高容量、重量轻、比能量高、安全性高、设计灵活等多种优点。方形铝壳电池容量提升相对方便，是当前通过提高单体容量来提高能量密度的重要选项；单体容量大，则系统设计相对简单，电池组的串数减少，自然电池管理系统BMS串数减少，这样PACK成本大幅度降低，为降本增效做贡献。
随着新能源汽车的发展，动力电池模块作为新能源汽车的动力来源，其安全可靠对整个系统至关重要。随着国家政策对能量密度越来越高的要求，高能量密度电芯的开发成为趋势，而电芯的成组方式，尤其是铝壳电芯的模组成组方式的可靠性就显得更为重要。
发明内容
本发明的目的是为了克服上述技术中的不足，而提供一种无模组类铝壳电池模组，根据铝壳动力电池本身的特性来设计，结构简单，易装配，适应性强，降低了成本，提高了能量密度。
本发明另一目的是提供一种铝壳电池。
本发明的技术方案是：包括壳体、装于壳体内的电芯模块、位于电芯模块上的柔性线路板，电芯模块由多个铝壳电芯依次排列组成，各铝壳电芯的极柱与汇流铝排连接，电芯模块两端的铝壳电芯极柱处的汇流铝排装于铝排引出极端子座上，铝排引出极端子座装于端板上端侧部，相邻两铝壳电芯之间设有隔热缓冲棉，电芯模块两端各设有一个端板，端板与电芯模块之间设有塑料隔片，电芯模块前后两侧各设有一个侧板，端板和侧板形成壳体，柔性线路板两端卡接于装于端板上端中部的FPCB端子座 上面，柔性线路板两侧有阶梯形结构的镍片，镍片包括下台阶面、上台阶面，镍片上台阶面与汇流铝排上面连接。
端板上端侧部、上端中部均设有卡槽，卡槽上设有定位卡孔，铝排引出极端子座下部、FPCB端子座下部有与卡槽配合装配的卡柱环，卡柱下端的弹性卡舌上设有与定位卡孔对应的卡点。
所述卡槽、卡柱环的截面为三角形或方形；所述卡柱环表面沿轴向开设的两缺口形成弹性卡舌。
端板上布置有多个减重孔，所述侧板上下两端向内弯折形成U型槽，U型槽卡于电芯模块上，侧板表面布置有加强凸包，所述加强凸包包括多条水平条形凸包、环布于水平条形凸包四周的三角凸包。侧板材质为6061铝板，铝板自身强度差；以1并9串无模组类铝壳电池模组为例，侧板的长为452.2mm，宽为178 mm，铝板长度过长，会发生形变，将侧板设计成U型槽外加凸包，才能规避变形的现象；侧板上加强凸包增加机械强度，防止侧板中间部位朝外鼓包，侧板中间部位鼓包会导致铝壳电芯顶封边与侧板U型槽未接触，存在失效风险。
所述柔性线路板为镂空板，柔性线路板经阻燃胶粘于电芯模块上。柔性线路板FPCB上的导线与导线之间的绝缘电压大于1000V，绝缘电阻≥1GΩ 1000VDC； 导线与柔性线路板FPCB的绝缘电压大于2500VAC。
柔性线路板两端经补强板卡接于装于端板上端中部的FPCB端子座 上面；补强板上设有FPCB端子座配合卡接连接卡槽，补强板下面设有与FPCB端子座定位点相对应的定位孔。
所述汇流铝排为片状结构，汇流铝排上开有与铝壳电芯极柱对应的定位孔。
所述汇流铝排包括用于与铝排引出极端子座配合的小汇流铝排、大汇流铝排；小汇流铝排端部弯折形成台阶部，台阶部上设有与铝排引出极端子座配合装配的装配孔，小汇流铝排经装于装配孔处的内六角螺栓装于铝排引出极端子座上，小汇流铝排上设一个定位孔；大汇流铝排中部设有沉筋，增加强度，大汇流铝排沿沉筋左右对称，大汇流铝排的左半部、右半部分别设有一定位孔。
柔性线路板两侧向外延伸的定位爪与镍片下台阶面一一对应连接；柔性线路板两侧的镍片包括用于采集电芯模块电压信息的电压采集镍片、用于采集电芯模块温度信息的温度采集镍片，电压采集镍片与各铝壳电芯极柱处的汇流铝排连接，汇流铝排上设有用于定位电压采集镍片上台阶面的定位槽，定位槽对称布置于汇流铝排前后两侧，上台阶面与定位槽为过盈配合；温度采集镍片与位于中部和两侧处的铝壳电芯极柱处的汇流铝排连接；柔性线路板上集成有与温度采集镍片连接的温度传感器、与电压采集镍片连接的电压采集模块，柔性线路板端部上面装有用于将电芯模块电压信息、温度信息传给上位机的连接器。
一种铝壳电池，包括电池箱、多个上述的无模组类铝壳电池模组，电池箱底面设有用于定位各铝壳电池模组的定位柱，铝壳电池模组经组合长螺杆固定装于电池箱内，各铝壳电池模组的铝排引出极端子座经导线串接。
本发明电池模组采用磷酸铁锂电芯，安全性高，本发明电池模组去掉塑料载体和塑料上盖设计，节约了成本，提高模组成组效率。本发明提供一种既能保证电池模组紧固的可靠性及抗振性，又能保证电池模组间的有效绝缘的无模组类铝壳电池模组，操作方便，可以借助半自动化设备，成组效率高达93%以上，是一种可操作性强的铝壳动力电池组集成方式本发明的有益效果在于：
1、每一块铝壳电芯均和隔热缓冲棉紧密接触，有效缓解电芯的膨胀效率，隔热缓冲棉双面备胶且为绝缘导热材质，将电芯的热量导出，并起到连接作用。
2、铝壳电池类无模组结构设计去掉模组常规设计中的载体和顶盖，节约了成本，有助于提高模组的成组效率和能量密度。
3、柔性线路板替代原始的电压、温度采集线束，此设计具有过流熔断、短路保护的功能和价格低、重量轻、安装便捷、易维护等优点，同时有利于提高装配效率和模组的美观性能。
4、端板与侧板通过冷金属过渡焊接技术焊接而成，以往的端板与侧板通过打铆钉的方式连接，有效地避免了铆钉脱落的失效风险，并节约了成本；侧板上的加强凸包增加机械强度，防止侧板中间部位朝外鼓包，壳体不易变形。
5、柔性线路板主要用于采集模组的电压和温度信息，柔性线路板上的镍片与铝壳电芯间汇流铝排之间采用激光焊接的方式，既能保证电连接的可靠性，又能提高模组的成组效率和机械性能。
6、柔性线路板上的汇流铝排与电芯极柱之间采用激光焊接的方式，柔性线路板是通过本发明对汇流铝排外形进行限位后，有效的避免了汇流铝排上圆形通孔与铝壳电芯极柱上圆形孔中心点不重合的难点，有效提高了无模组类铝壳电池模组的组装效率、合格率。
附图说明
图1为无模组类铝壳电池模组的结构示意图；
图2为无模组类铝壳电池模组的爆炸结构示意图；
图3为柔性线路板FPCB示意图；
图4为治具的结构示意图；
图5为治具的使用状态图；
图6为汇流铝排的结构示意图之一；
图7为汇流铝排的结构示意图之二；
图中，1、端板，2、侧板，3、塑料隔片，4、铝壳电芯，5、隔热缓冲棉，6、柔性线路板，7、FPCB端子座,8、铝排引出极端子座，9、M8组合长螺杆，10、汇流铝排，101、定位孔，102、定位槽，103、装配孔，11、镍片，12、治具，121、柔性线路板定位孔，122、大汇流铝排定位孔，123、让位槽一，124、让位槽二，125、盖板，126、定位套，127、镍片定位孔，21、水平条形凸包，22、三角凸包。
具体实施方式
图1、图2中，无模组类铝壳电池模组由端板1、侧板2、塑料隔片3、铝壳电芯4、隔热缓冲棉5、柔性线路板6、柔性线路板端子座7、铝排引出极端子座8、组合长螺杆9、汇流铝排10，十种规格的零部件共同组成，由9个铝壳电芯4组成电芯模块，电芯模块之间通过隔热缓冲棉5粘接，确保成组后的电芯连成一体，抗振性强。电芯模块的左右两端各放置有一个端板1，电芯小模块的前后两侧各放置有一个侧板2，端板1和侧板2之间通过冷金属过渡焊接技术焊接固定在一起。端板1上布置有多个减重孔，侧板2上下两端向内弯折形成U型槽，U型槽卡于电芯模块上，侧板2表面布置有加强凸包，加强凸包包括多条水平条形凸包21、环布于水平条形凸包四周的三角凸包22，水平条形凸包也可称为长圆形凸包。铝壳电芯4上表面放置有柔性线路板6，FPCB端子座7安装于端板1上部中间位置的三角形卡槽内，通过FPCB端子座7下部的三角形卡柱环卡紧固定。柔性线路板6放置于柔性线路板端子座7上表面，通过卡扣的形式卡紧固定。两个铝排引出极端子座8安装于端板1的方形卡槽内，通过铝排引出极端子座8下部的方形卡柱环卡紧固定。铝排引出极端子座8的上表面镶嵌有螺母，两端汇流铝排10上开有通孔，螺栓穿过通孔后与铝排引出极端子座8上的螺母固定在一起。4个组合长螺杆9穿过端板1两侧的通孔，与电池箱体上的螺纹孔锁紧固定在一起，从而把整个模组固定于电池箱体上；电池箱内设有与单个电池模组对应的四个定位销，避免组合长螺杆9不易安装和调整等问题，有效的提高了生产效率，大大降低生产成本。无模组类铝壳电池模组尺寸如下：9个电芯电池模组长*宽*高（mm）为452.2*206*178；10个电芯电池模组长*宽*高（mm）为497.7*206*178；13个电芯电池模组长*宽*高（mm）为634.2*206*178。
图3中，柔性线路板6两侧的镍片11包括用于采集电芯模块电压信息的电压采集镍片、用于采集电芯模块温度信息的温度采集镍片，电压采集镍片与各铝壳电芯4极柱处的汇流铝排10连接，汇流铝排10上设有用于定位电压采集镍片上台阶面的定位槽102，定位槽102对称布置于汇流铝排10前后两侧，上台阶面与定位槽102为过盈配合。柔性线路板6一侧有7个Z字型镍片11，另一侧有6个Z字型镍片11，Z字型镍片为阶梯形结构，柔性线路板6两侧的Z字型镍片11放置于汇流铝排10上表面的凹槽内，通过激光焊接的方式把Z字型镍片11与汇流铝排10固定在一起，确保连接可靠性及安全性。Z字型镍片11比较软，高度和长度尺寸易调节，有效避免Z字型镍片11与汇流铝排10上的凹槽虚焊接的现象； Z字型镍片11为了电池模组去掉塑料载体的设计，大大降低了成本，为轻量化做贡献。以1并9串无模组类铝壳电池模组为例，该规格无模组类铝壳电池模组能量密度提升1-2%，4个1并9串无模组类铝壳电池模组组成的铝壳电池能量密度提升4%-8%。
图4中，治具包括定位盖，定位盖由盖板125、立于盖板四周的围板组成，立于盖板四周的围板形成套于模组上端的长方框形定位套126，盖板125中部沿长度方向有用于定位柔性线路板6的柔性线路板定位孔121，柔性线路板定位孔121左右两侧的盖板125上有用于定位汇流铝排10的多个汇流铝排定位孔、镍片定位孔127，柔性线路板定位孔121和汇流铝排定位孔之间经镍片定位孔127连通，长方框形定位套126内壁中部对称设有用于让位FPCB端子座7的让位槽一123，让位槽一123与柔性线路板定位孔121连通，长方框形定位套126内壁四角处分别设有用于让位铝排引出极端子座8的让位槽二124。汇流铝排定位孔包括与小汇流铝排相对应的小汇流铝排定位孔、与大汇流铝排相对应的大汇流铝排定位孔122，小汇流铝排定位孔位于盖板对角处。治具12是30mm厚的电木板通过数控铣床加工而成。无模组类铝壳电池模组的专用治具尺寸如下：9个铝壳电芯的无模组类铝壳电池模组的专用治具长*宽*高（mm）为483±1*230±1*30±1；10个铝壳电芯的无模组类铝壳电池模组的专用治具长*宽*高（mm）为528.5±1*230±1*30±1；13个铝壳电芯的成组的专用治具长*宽*高（mm）为665±1*230±1*30±1。
图5、6、7中，柔性线路板6是通过治具12对汇流铝排10外形进行限位后，有效的避免了汇流铝排10上圆形通孔与铝壳电芯4极柱上圆形孔中心点不重合的难点。若汇流铝排10上定位孔101与铝壳电芯4极柱上圆形孔中心点不重合，会造成电芯极柱与汇流排接触面小，导致过流能力不足，存在安全隐患。汇流铝排10包括用于与铝排引出极端子座8配合的小汇流铝排、大汇流铝排。大汇流铝排中部设有沉筋，增加强度，大汇流铝排沿沉筋左右对称，大汇流铝排的左半部、右半部分别设有一定位孔101。小汇流铝排端部弯折形成台阶部，台阶部上设有与铝排引出极端子座8配合装配的装配孔103，小汇流铝排经装于装配孔处的内六角螺栓装于铝排引出极端子座8上，小汇流铝排上设一个定位孔101。汇流铝排10上设有用于定位电压采集镍片上台阶面的定位槽102。柔性线路板6两侧向外延伸的定位爪与镍片11下台阶面一一对应连接。
无模组类铝壳电池模组组装时，9个铝壳电芯4通过隔热缓冲棉5粘连在一起形成电芯模块，两个塑料隔片3分别贴在端板1上，再把两个端板1放置在电芯小模块左右两端；在电芯小模块的前后两侧分别放置一个侧板2 ，用设备和工装挤压端板1，使模组整体长度达到要求的长度，再用冷金属焊接技术把端板1与侧板2焊接在一起；把FPCB端子座7与铝排引出极端子座8分别放在端板1上部对应的凹槽内；通过治具12把各汇流铝排10、柔性线路板6定位放置在电芯模块上方，柔性线路板6上的Z字型镍片11放置在汇流铝排10上表面的凹槽内，用设备工装把汇流铝排10、柔性线路板6和铝壳电芯压紧，再通过激光焊接的方式把汇流铝排10与柔性线路板6焊接在一起，通过工装12把汇流铝排10与铝壳电芯4焊接在一起。
Claims (10)
1.一种无模组类铝壳电池模组，其特征在于：包括壳体、装于壳体内的电芯模块、位于电芯模块上的柔性线路板（6），电芯模块由多个铝壳电芯（4）依次排列组成，各铝壳电芯（4）的极柱与汇流铝排（10）连接，电芯模块两端的铝壳电芯（4）极柱处的汇流铝排（10）装于铝排引出极端子座（8）上，铝排引出极端子座（8）装于端板（1）上端侧部，相邻两铝壳电芯（4）之间设有隔热缓冲棉（5），电芯模块两端各设有一个端板（1），端板（1）与电芯模块之间设有塑料隔片（3），电芯模块前后两侧各设有一个侧板（2），端板（1）和侧板（2）形成壳体，柔性线路板（6）两端卡接于装于端板（1）上端中部的FPCB端子座（7） 上面，柔性线路板（6）两侧有阶梯形结构的镍片（11），镍片（11）包括下台阶面、上台阶面，镍片（11）上台阶面与汇流铝排（10）上面连接。
2.根据权利要求1所述的无模组类铝壳电池模组，其特征在于：端板（1）上端侧部、上端中部均设有卡槽，卡槽上设有定位卡孔，铝排引出极端子座（8）下部、FPCB端子座（7）下部有与卡槽配合装配的卡柱环，卡柱下端的弹性卡舌上设有与定位卡孔对应的卡点。
3.根据权利要求2所述的无模组类铝壳电池模组，其特征在于：所述卡槽、卡柱环的截面为三角形或方形；所述卡柱环表面沿轴向开设的两缺口形成弹性卡舌。
4.根据权利要求1所述的无模组类铝壳电池模组，其特征在于：端板（1）上布置有多个减重孔，所述侧板（2）上下两端向内弯折形成U型槽，U型槽卡于电芯模块上，侧板（2）表面布置有加强凸包，所述加强凸包包括多条水平条形凸包（21）、环布于水平条形凸包四周的三角凸包（22）。
5.根据权利要求1所述的无模组类铝壳电池模组，其特征在于：所述柔性线路板（6）为镂空板，柔性线路板（6）经阻燃胶粘于电芯模块上。
6.根据权利要求1所述的无模组类铝壳电池模组，其特征在于：柔性线路板（6）两端经补强板卡接于装于端板（1）上端中部的FPCB端子座（7） 上面；
补强板上设有FPCB端子座（7）配合卡接连接卡槽，补强板下面设有与FPCB端子座（7）定位点相对应的定位孔。
7.根据权利要求1所述的无模组类铝壳电池模组，其特征在于：所述汇流铝排（10）为片状结构，汇流铝排（10）上开有与铝壳电芯（4）极柱对应的定位孔（101）。
8.根据权利要求7所述的无模组类铝壳电池模组，其特征在于：所述汇流铝排（10）包括用于与铝排引出极端子座（8）配合的小汇流铝排、大汇流铝排；小汇流铝排端部弯折形成台阶部，台阶部上设有与铝排引出极端子座（8）配合装配的装配孔（103），小汇流铝排经装于装配孔处的内六角螺栓装于铝排引出极端子座（8）上，小汇流铝排上设一个定位孔（101）；大汇流铝排中部设有沉筋，大汇流铝排沿沉筋左右对称，大汇流铝排的左半部、右半部分别设有一定位孔（101）。
9.根据权利要求1所述的无模组类铝壳电池模组，其特征在于：柔性线路板（6）两侧向外延伸的定位爪与镍片（11）下台阶面一一对应连接；柔性线路板（6）两侧的镍片（11）包括用于采集电芯模块电压信息的电压采集镍片、用于采集电芯模块温度信息的温度采集镍片，电压采集镍片与各铝壳电芯（4）极柱处的汇流铝排（10）连接，汇流铝排（10）上设有用于定位电压采集镍片上台阶面的定位槽（102），定位槽（102）对称布置于汇流铝排（10）前后两侧；温度采集镍片与位于中部和两侧处的铝壳电芯（4）极柱处的汇流铝排连接；
柔性线路板（6）上集成有与温度采集镍片连接的温度传感器、与电压采集镍片连接的电压采集模块，柔性线路板（6）端部上面装有用于将电芯模块电压信息、温度信息传给上位机的连接器。
10.一种铝壳电池，其特征在于：包括电池箱、多个权利要求1-9任一项所述的无模组类铝壳电池模组，电池箱底面设有用于定位各铝壳电池模组的定位柱，铝壳电池模组经组合长螺杆（9）固定装于电池箱内，各铝壳电池模组的铝排引出极端子座（8）经导线串接。
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