一种基于电极对端设置电池的电池模组
技术领域
本发明涉及电池模组。
背景技术
现有技术下,电池包通常由两种方式实现。第一种是以若干电池组成电池模组,然后再将若干电池模组组成电池。第二种是直接以电池打包组成电池包。无论哪种电池包组装方式,其电池的正负极通常位于其顶面。电池包装配时,电池与电池连接需要相应的配件进行连接,比如连接排和用以采集电池温度和电压的采集线路。在电池正负极位于电池顶面的情形下,电池上方的连接配件将会占据较大空间。这部分连接配件所占据的空间的空间利用率很低。这是由电池包的电池箱整体面积所确定,无论电池组成电池模组的方式,还是电池直接打包成电池包的方式,电池都是码排的方式排列在电池箱内,此时连接排或者采集线路需要遍布覆盖整个电池箱体面积。更为具体来说,电池极柱与电池极柱之间的距离太远,连接排或者采集线路需要连接的长度太长。
此外,传统电池模组结构下,电池模组底部用于支撑电池底部的底板需要覆盖整个电池模组的底面。此种结构下,电池箱内的液冷板和加热板与电池之间隔着一层电池模组底板,由此降低了电池箱液冷板和加热板的温控效率。
发明内容
本发明所要解决的问题:
1、提高电池包的能量密度;
2、提高电池模组内电池与电池包液冷板和加热板之间的贴合度,提高温控效率。
为解决上述问题,本发明采用的方案如下:
一种基于电极对端设置电池的电池模组,包括模组框架和设置在所述模组框架内的若干电池,所述电池呈方形长条体,正负极的极柱分别位于电池长条方向前后两端的端面上;所述电池以长条方向前后端端面对齐的方式排列在所述模组框架内而形成电池排;所述电池排内,所述电池的正负极交错布置;所述电池排前后端端面分别通过线束隔离板设置有连接组件;其中,电池排前端端面上的线束隔离板为第一线束隔离板,设置有第一连接组件;电池排后端端面上的线束隔离板为第二线束隔离板,设置有第二连接组件;第一连接组件和第二连接组件均包括有用于将所述电池串接的连接排;其中,第一连接组件还包括输出极极耳和第一采集线路;第二连接组件还包括第二采集线路;所述输出极极耳通过极耳排连接所述电池的极柱;所述第一采集线路包括第一柔性电路板、第一侧连接板和第一接插器;所述第一柔性电路板设置在所述第一线束隔离板上;所述第一接插器通过所述第一侧连接板连接所述第一柔性电路板;所述第二采集线路包括第二柔性电路板、第二侧连接板和第二接插器;所述第二柔性电路板设置在所述第二线束隔离板上;所述第二接插器通过所述第二侧连接板连接所述第二柔性电路板;两个所述输出极极耳分别位于所述电池模组的前端两侧;所述第一接插器和所述第二接插器分别位于所述电池模组的后端两侧。
进一步,所述模组框架包括两块侧端板和若干U形条板;两块所述侧端板分别竖直设于所述电池排的两侧;所述U形条板分成底部U形条板和顶部U形条板;其中底部U形条板设于所述电池排的下方,两端分别连接两块所述侧端板;所述顶部U形条板设于所述电池排的上方,两端分别连接两块所述侧端板;所述第一侧连接板和第二侧连接板分别紧贴两块所述侧端板外侧面;所述第一接插器和所述第二接插器分别设置在两块所述侧端板上,并位于所述侧端板后端外侧面。
进一步,所述侧端板在竖直方向上镂空,包括主承板和设置在主承板顶部的若干凸台;所述主承板的高度低于所述电池的高度;所述凸台的顶部与所述电池的顶面齐平;所述凸台外侧设有用于连接所述顶部U形条板的第一沉台;所述主承板下方外侧设有用于连接所述底部U形条板的第二沉台。
进一步,所述U形条板由长条状金属板体制成,包括由长条状金属板体在两端折弯所形成的位于中间的主条板和分别位于两端的端扣板;所述底部U形条板的端扣板分别连接所述第二沉台,所述顶部U形条板的端扣板分别连接所述第一沉台,使得所述底部U形条板的主条板在所述电池排的下方横跨各个电池并为各个电池提供底部支撑,所述顶部U形条板的主条板在所述电池排的上方横跨各个电池并压持各个电池。
进一步,各底部U形条板的主条板在所述电池排的下方覆盖所述电池排底部面积20%~80%。
进一步,所述主承板后端外侧设有用于设置所述第一接插器或所述第二接插器的第三沉台。
进一步,所述第一沉台和所述第二沉台之间设有用于设置第一侧连接板的第四沉台;所述第一侧连接板通过扣钉设置在第四沉台上。
进一步,所述侧端板前端竖直方向上设有极耳插装孔,并通过所述极耳插装孔设置有输出极支撑件;所述输出极极耳连接所述输出极支撑件。
进一步,所述线束隔离板包括主隔板、设置在主隔板上若干竖隔板和设置在主隔板上的若干连接孔;所述竖隔板包括边缘竖隔板和孔边竖隔板;孔边竖隔板设于在所述连接孔的边缘;所述边缘竖隔板设于主隔板的边缘;所述连接孔排列成排;沿着所述连接孔排列方向两侧设有通过所述边缘竖隔板和孔边竖隔板隔离而成的电路板槽;相邻连接孔之间设有连通两侧电路板槽的连通槽;所述电路板槽用于设置所述第一柔性电路板或第二柔性电路板;所述连接排设置在所述连接孔内,并与所述电池排前后端端面上的极柱相连。
进一步,所述连接孔呈方形,两个对角分别设有前卡位部和后卡位部;连接排卡在前卡位部和后卡位部之间。
本发明的技术效果如下:
1、相比于传统结构的电池模组,本发明的电池模组下,连接组件位于电池模组端部,由此缩短了极柱与极柱之间的距离,从而提升了连接组件的空间利用率,从而在整体上提升电池包的空间利用率,提高电池包能量密度。
2、电池模组底部用以支撑电池的底板未整体覆盖,由此,电池包放在电池箱内组成电池包时,电池箱内的液冷板和加热板可以直接贴合电池模组内的电池,而无需再在中间隔一层模组底板。
3、低压线束接口和高压线束分列于电池模组的两端,可以减少相互之间的干扰。
4、相比于传统结构的电池模组,本发明的电池模组结构简单,减少了很多零部件,安装更为方便。
5、模组顶部和底部为不完全覆盖结构,从而减轻了模组顶板和底板的重量。
附图说明
图1是本发明电池模组实施例的整体结构分解图。
图2是本发明电池模组实施例的整体结构立体示意图。
图3是本发明电池模组实施例的整体结构俯视图。
图4是本发明电池模组实施例隐藏前后连接组件后的结构分解图。
图5是第一连接组件的分解结构示意图。
图6是第二连接组件的分解结构示意图。
图7是第一线束隔离板的结构示意图。
图8是连接排的结构示意图。
图9是侧端板的结构示意图。
图10是U形条板结构示意图。
其中,
100是模组框架,101是底部U形条板,102是顶部U形条板;
11是侧端板,111是主承板,112是凸台,113是第一沉台,114是第二沉台,115是第三沉台,116是第四沉台, 118是极耳插装孔,119是模组安装孔;
12是U形条板,121是主条板,122是端扣板,123是导热绝缘层;
13是端盖板,131是第一端盖板,132是第二端盖板,19是隔热绝缘板;
200是电池排,2是电池,201是前端,202是后端,21是极柱,22是防爆阀,29是缓冲隔热垫;
301是第一连接组件,302是第二连接组件;
401是第一线束隔离板,402是第二线束隔离板,4是线束隔离板,41是主隔板,42是竖隔板,421是边缘竖隔板,422是孔边竖隔板,43是连接孔,431是前卡位部,432是后卡位部,44是电路板槽,441是连通槽,442是定位柱,443是槽边开口,45是极耳连接槽,451是极柱孔;
51是连接排,511是连接板,512是缓冲桥,513是极柱连接部,514是采集片连接槽,515是前卡位槽,52是输出极极耳,53是第一采集线路,531是第一柔性电路板,532是第一侧连接板,533是第一接插器,534是第一采集片,538是扣钉孔,54是第二采集线路,541是第二柔性电路板,542是第二侧连接板,543是第二接插器,544是第二采集片;55是极耳排;59是扣钉;
6是输出极支撑件,61是底座,62是嵌件螺母,63是输出极盖。
具体实施方式
下面结合附图对本发明做进一步详细说明。
如图1、图2、图3、图4所示,一种基于电极对端设置电池的电池模组,包括模组框架100和设置在模组框架100内的若干电池2。电池2呈方形长条体,长度为365~600mm、高度为50~150mm、厚度为12~80mm。电池2为基于电极对端设置的电池,也就是,正负极的极柱21分别位于电池2长条方向前后两端的端面上。电池2以长条方向前后端端面对齐的方式排列在模组框架100内而形成电池排200。电池排200内,电池2的个数为偶数个。电池2的正负极交错布置,也就是,若其中一个电池2前端为正极,后端为负极,则与该电池相邻的电池2则后端为负极,前端为正极。电池排200前后端端面分别通过线束隔离板4设置有连接组件。电池排200中各电池2通过前后两端连接组件中的连接排串接成整体后,通过两侧最外侧的电池2连接出电池模组的输出电极。串接是指一个电池2的正极连接另外一个电池2的负极。
模组框架100包括两块侧端板11和若干U形条板12。侧端板11是主承力板,优选由竖直方向上镂空的铝型材制成。两块侧端板11分别竖直相对设置,并位于电池排200的两侧,与各个电池2的长条方向相平行,并在电池排200的两侧夹持电池排。U形条板12分成底部U形条板101和顶部U形条板102。其中底部U形条板101设于电池排200的下方,两端分别连接两块侧端板11的底部。顶部U形条板102设于电池排的上方,两端分别连接两块侧端板11的顶部。底部U形条板101和顶部U形条板102数量相同,并且上下相对设置。由此,两块侧端板11之间以及底部U形条板101和顶部U形条板102之间围成用于容纳电池2的收容腔。电池2排列设置在该收容腔内。
具体而言,参照图9,侧端板11包括主承板111和设置在主承板111顶部的若干凸台112。主承板111底部与电池2齐平,高度低于电池2的高度。凸台112的顶部与电池2的顶面齐平。凸台112外侧设有用于连接顶部U形条板102的第一沉台113。主承板111下方外侧设有用于连接底部U形条板101的第二沉台114。参照图10,U形条板12由长条状金属板体制成,包括由长条状金属板体在两端折弯所形成的位于中间的主条板121和分别位于两端的端扣板122。底部U形条板101的端扣板122分别紧贴第二沉台114并在第二沉台114与端侧板11焊接相连,使得底部U形条板101的主条板121在电池排200的下方横跨各个电池2并为各个电池2提供底部支撑。相邻底部U形条板101之间留有间隙。顶部U形条板102的端扣板122分别紧贴第一沉台113并在第一沉台113与端侧板11焊接相连,使得顶部U形条板102的主条板121在电池排200的上方横跨各个电池2并在电池2的上方扣压各个电池2。相邻顶部U形条板102之间留有间隙。
电池排200前端端面上的线束隔离板4为第一线束隔离板401。第一线束隔离板401紧贴于电池排200前端端面。电池排200前端通过第一线束隔离板401设置的连接组件为第一连接组件301。第一连接组件301包括连接排51、输出极极耳52和第一采集线路53。电池排200后端端面上的线束隔离板4为第二线束隔离板402。第二线束隔离板402紧贴于电池排200后端端面。电池排200后端通过第二线束隔离板402设置的连接组件为第二连接组件302。第二连接组件301包括若干连接排51和第二采集线路54。连接排51用于将电池2串接。由于电池排200内,电池2的正负极交错布置,因此连接排51串接两个相邻电池2即可。参照图5,输出极极耳52通过极耳排55连接电池排200最侧边的电池2的极柱。由此,电池排200内通过前后端电池2的串接连接成整体后,通过输出极极耳52输出电池模组的输出电极。两个输出极极耳52分别位于电池模组的前端两侧。
参照图5和图6,第一采集线路53包括第一柔性电路板531、第一侧连接板532和第一接插器533。第一柔性电路板531设置在第一线束隔离板401上。第一接插器533通过第一侧连接板532连接第一柔性电路板531。第一侧连接板532和第一柔性电路板531相连组成L形结构。第二采集线路54包括第二柔性电路板541、第二侧连接板542和第二接插器543。第二柔性电路板541设置在第二线束隔离板402上。第二接插器543通过第二侧连接板542连接第二柔性电路板541。第二柔性电路板541和第二侧连接板542相连组成L形结构。第一柔性电路板531和第二柔性电路板541分别通过第一采集片534和第二采集片544连接连接排51。其中,部分第一采集片534和第二采集片544还连接有检测电池2的温度的温度传感器。温度传感器未在图中示出,但不妨碍本领域技术人员理解。
参照图7,线束隔离板4,包括主隔板41、设置在主隔板41上若干竖隔板42和设置在主隔板41上的若干连接孔43。竖隔板42位于线束隔离板4的正面;线束隔离板4的背面则紧贴电池排200的前后端端面。竖隔板42包括边缘竖隔板421和孔边竖隔板422。边缘竖隔板421设于主隔板41的边缘。孔边竖隔板422设于在连接孔43的边缘。连接孔43用于设置连接排51,与电池排200前后端端面上的极柱21相对应,排列成排。每个连接孔43对应两个相邻电池2端面上的两个极柱21,连接孔43内设置的连接排51连接这两个相应的极柱。沿着连接孔43排列方向两侧设有通过边缘竖隔板421和孔边竖隔板422隔离而成的电路板槽44。相邻连接孔43之间设有连通两侧电路板槽44的连通槽441。电路板槽44用于设置第一柔性电路板531或第二柔性电路板541,并设有若干用于与第一柔性电路板531或第二柔性电路板541卡位的定位柱442。电路板槽44端部边缘设置有槽边开口443。电路板槽44内的第一柔性电路板531和第二柔性电路板541通过槽边开口443连接第一侧连接板532和第二侧连接板542。
连接排51设置在连接孔43内,并与电池排200前后端端面上的极柱21相连。连接孔43呈方形,内设有连接排卡位机构。连接排卡位机构包括分别设于两个对角的前卡位部431和后卡位部432。也就是,两个前卡位部431分别对角设置,两个后卡位部432对角设置,两个前卡位部和两个后卡位部分别位于不同的对角上。连接排51卡在前卡位部431和后卡位部432之间,具体来说,两个前卡位部431卡在连接排51的前面,两个后卡位部432卡在连接排51的后面。
连接排51,参照图8,包括两个通过缓冲桥512相连的连接板511。缓冲桥512是Ω形状的折弯部。连接板511上设有极柱连接部513、采集片连接槽514和前卡位槽515。极柱连接部513、采集片连接槽514和前卡位槽515均由连接板511通过冲压加工而成。其中,极柱连接部513是用于与电池2的极柱21焊接相连的部分,采集片连接槽514用于收容并连接第一采集片534或第二采集片544。前卡位槽515用于收容前卡位部431。
需要指出的是图7所示例的线束隔离板4为第一线束隔离板401。在第一线束隔离板401中,沿着连接孔43排列方向的两端还分别设有极耳连接槽45。极耳连接槽45内设有极柱孔451。极耳连接槽45用于设置极耳排55。极耳排55设置在极耳连接槽45内连接穿过极柱孔的极柱21。在极耳连接槽45内,输出极极耳52与极耳排55焊接相连。相比于第一线束隔离板401,第二线束隔离板402无需极耳连接槽,其具体结构与第一线束隔离板401的结构大体相同,不再赘述。
第一接插器533和第二接插器543分别位于电池模组的后端两侧。具体而言,主承板111后端外侧设有用于设置第一接插器533或第二接插器543的第三沉台115,第一沉台113和第二沉台114之间设有用于设置第一侧连接板532的第四沉台116。第一接插器533和第二接插器543分别通过各自所连接的第一侧连接板532和第二侧连接板542设置在第三沉台115上。其中,第一侧连接板532从前端所连接的第一柔性电路板531通过主承板111外侧的第四沉台116连接延伸至后端主承板111外侧第三沉台115,从而连接设置在电池模组后端侧面的第一接插器533。
本实施例中,第一侧连接板532和第二侧连接板542是由绝缘板上粘连柔性电路板所实现。第一侧连接板532和第二侧连接板542上的柔性电路板分别和第一柔性电路板531、第二柔性电路板541为一体化的柔性电路板。第一侧连接板532和第二侧连接板542分别紧贴两块侧端板11外侧面,并通过扣钉固与主承板111相固定,参照图2中扣钉59和图5中扣钉孔538示例,扣钉59穿过扣钉孔538后将第一侧连接板532固定在主承板111外侧面的第四沉台116上。第二侧连接板542同样采用扣钉固定方式。本领域技术人员理解,第一侧连接板532和第二侧连接板542也可以通过铆钉、螺栓等其他方式与侧端板11相固定。
进一步地,侧端板11前端竖直方向上设有极耳插装孔118,并通过极耳插装孔118设置有输出极支撑件6。参照图9,输出极支撑件6包括底座61、嵌件螺母62和输出极盖63。其中底座61包括底部的插装部和设置在插装部上的极耳容纳腔。底座61通过插装部插装在极耳插装孔118上。嵌件螺母62设置在极耳容纳腔内,用于与输出极极耳52通过螺栓方式相连。也就是输出极极耳52一端设置在侧端板11上设置的输出极支撑件6内,另一端折弯后通过极耳排55连接极柱21。输出极盖63通过卡扣的方式设置在极耳容纳腔上方。输出极盖63顶面与电池2顶面齐平。
进一步地,侧端板11作为主承力板,两端竖直方向上还设有模组安装孔119。模组安装孔119用于在电池箱中安装和固定电池模组。
进一步地,本实施例中,为使得电池模组设置在电池箱中时,电池2能够直接贴合电池箱内的液冷板和加热板,以实现更好的换热效果,各底部U形条板101的主板体121在电池排200的下方覆盖电池排200底部面积不超过80%,优选20%~50%,也就是,各底部U形条板101的主条板121覆盖模组框架底部面积不超过80%,优选20%~50%。
进一步地,电池2的顶面还设置有防爆阀22。电池2顶面的防爆阀22有两个。防爆阀22位于两相邻顶部U形条板102之间的间隙。由此当电池2内部压力过高,防爆阀22爆开时,可以通过顶部U形条板102之间的间隙释放压力和热量。
进一步地,电池模组的前后两端还分别设置有端盖板13。其中,电池模组前端设置的端盖板13为前端盖板131,后端设置的端盖板13为后端盖板132。前端盖板131和后端盖板132可以通过卡扣方式连接端侧板11或者线束隔离板4。
进一步地,电池2与电池2之间还设置有缓冲隔热垫29。侧端板11内侧设置有隔热绝缘板19。U形条板12的主条板121内侧设置有导热绝缘层123。导热绝缘层123采用导热结构胶,涂覆在主条板121内侧,也就是,电池2与主条板121之间通过导热结构胶粘连。本实施例中导热绝缘层123所采用的导热结构胶导热系数为0.5~15.0W/K.m,粘接强度0.5~30.0MPa。
此外,需要指出的是,本领域技术人员理解,第一侧连接板532和第二侧连接板542也可以直接由柔性电路板制成。