CN112787005A - 组合式电池组及其装配方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种组合式电池组及其装配方法，包括塑料壳体和至少一盖板，塑料壳体外表面设置有金属箔材，塑料壳体内部设置至少两个内腔，每一内腔内部均安装一电池单体，盖板固定于所述内腔顶端开口处，盖板上设置若干正极柱和若干负极柱，每一电池单体与一正极柱和一负极柱连接，相邻的电池单体串联连接，本发明采用塑料壳体，降低了组合式电池壳的成本，保证了电池的稳定性，电池单体固定更加牢靠，结构简单，加工成本低，设置金属箔材，提高了电池壳体的密封性的同时，提高电池的散热速度，提高电池的使用寿命，提高了电池组的装配效率。

Description

组合式电池组及其装配方法

技术领域

本发明涉及电池技术领域，尤其涉及一种组合式电池组及其装配方法。

背景技术

锂离子电池具有工作电压高、能量密度大、循环寿命长、无记忆效应等优点，锂离子电池已成为各类便携电子产品的主力电源。随着储能电池等新能源产业的进一步推广，动力和储能型锂离子电池的需求将显著增长。

随着新能源汽车和储能市场的发展，在目前应用中，锂离子电池基本都是以串并联方式进行的。现有传统的电池外壳材料还是以铝壳、钢壳或者铝塑膜为主，而且基本都是单体(组成电池组和电池包的最基本元素)的方式出现。这样就导致单体的装备工艺复杂，而且需要将单体进行匹配成组，这种制作方式导致电池的产线效率很低，而且工艺复杂，成本高。

现有技术中也有将塑料壳体作为单体的外壳的，但由于塑料壳体的透水率问题，导致电池的电性能较差。

公开号为CN210167393U的名为一种新能源组合锂电池的专利，公开的新能源组合锂电池，通过设置组合板、正极电源线、负极电源线、放置盒、连接片和连接线，可以在锂电池使用的过程中，便于对多个锂电池进行组合，使得该组合锂电池能够满足大功率电能的需求。该新能源组合锂电池，通过设置固定弹簧和夹板，可以在电池本体安装的过程中，根据电池本体的尺寸大小进行调节固定，不仅增强了电池本体安装时的牢固性，而且也使得放置盒能够适用于不同类型的电池本体，从而提高了该放置盒的实用性。但是该实用新型的新能源组合锂电池由于采用固定弹簧和夹板来固定电池本体，由于弹簧具有弹性，因此组合电池收到外力撞击时，电池本体可能会在放置盒内晃动，不利于电池的稳定性。

因此，有必要提供一种新型的组合式电池组及其装配方法以解决现有技术中存在的上述问题。

发明内容

本发明的目的在于提供一种组合式电池组及其装配方法，用于提高电池组的防水性，降低电池组的成本，提高电池组的装配效率。

为实现上述目的，本发明的组合式电池组包括塑料壳体和至少一盖板，所述塑料壳体外表面设置有金属箔材，所述塑料壳体内部设置至少两个内腔，每一所述内腔内部均安装电池单体，所述盖板固定于所述内腔开口上，所述盖板上设置若干正极柱和若干负极柱，每一所述电池单体与一所述正极柱和一所述负极柱连接，相邻两个所述电池单体串联。

本发明所述的组合式电池的有益效果在于：

本发明的组合式电池组的外壳采用塑料壳体，降低了组合式电池壳的成本，于塑料壳体内设置多个内腔来单独安装电池单体，并在每个内腔顶部密封固定盖板，电池单体与盖板上的正极柱和负极柱连接，使电池单体可以稳定固定于内腔内部，保证了电池的稳定性，电池单体固定更加牢靠，结构简单，加工成本低。在塑料壳体外表面设置金属箔材，既解决了塑料壳体透水性的问题，提高了电池壳体的密封性的同时，金属箔材还能起到一定的导热散热功能，从而提高电池的散热速度，提高电池的使用寿命。

优选的，所述盖板数量为若干个，每一所述盖板均对应一所述内腔并连接一所述电池单体；或每一所述盖板均对应若干连续的所述内腔并连接若干个所述电池单体。其有益效果在于：一个盖板对应连接一个或若干电池单体，便于电池组的分组装配。

优选的，所述盖板数量为一个，所有电池单体共同连接同一所述盖板。其有益效果在于：一个盖板连接所有的电池单体，提高了本发明所述的组合式电池组的整体结构的稳定性。

优选的，所述电池单体包括极芯，所述极芯包括正极片、隔膜纸和负极片，所述正极片、所述隔膜纸和所述负极片依次连接；所述正极片连接一正极引出端，所述负极片连接一负极引出端；所述正极引出端通过第一连接片与所述正极柱连接，所述负极引出端通过第二连接片与所述负极柱连接。

进一步优选的，所属第一连接片和所述第二连接片均与所述盖板固定连接。

优选的，所述塑料壳体为聚酰胺、聚乙烯、聚丙烯、聚酰亚胺中的任意一种材料制成。

优选的，所述金属箔材的覆盖面积大于所述塑料壳体外表面面积的10％。其有益效果在于：保证塑料盖体的密封性，提高电池组的防水性。

优选的，所述盖板为塑料盖板，所述盖板与所述塑料壳体密封连接。其有益效果在于：保证电池组的密封性。

优选的，所述盖板上设置若干防爆阀。

本发明所述的装配方法包括以下步骤：

S1、将电池单体的极芯的电极引出端与盖板连接，并使所述极芯的电极引出端与极柱电连接；

S2、向内腔注入电解液，并将所述极芯插入所述内腔，将所述盖板盖在所述内腔开口上；

S3、将正极柱与相邻的负极柱串联连接；

S4、密封所述盖板和塑料壳体，在所述塑料壳体外侧固定金属箔材。

本发明的所述组合式电池组的封装方法的有益效果在于：

先将电池单体的极芯固定于盖板朝向内腔的一端，使极柱与极芯电连接，然后将极芯插入内腔的同时注入电解液，并将盖板盖在内腔开口上，并完成电池单体之间的串联连接，最后完成盖板与塑料壳体的密封连接，整个装配过程简单快速，保证了电池单体的稳定，提高了电池组的装配效率，也提高了电池组的整体稳定性、牢固性。

优选地，将所述盖板通过热熔焊密封固定于所述塑料壳体上，将所述金属箔材通过热熔焊固定于所述塑料壳体的外表面。其有益效果在于：提高电池组的密封性和防水性。

附图说明

图1为本发明的实施例一的组合式电池组的俯视结构示意图；

图2为本发明的实施例一的组合式电池组的正剖结构示意图；

图3为本发明的实施例一的组合式电池组的装配方法流程图；

图4为本发明的实施例二的组合式电池组的俯视结构示意图；

图5为本发明的实施例二的另一种实施方式中组合式电池组的俯视结构示意；

图6为本发明的实施例三的组合式电池组的俯视结构示意图；

图7为本发明的实施例三的组合式电池组的正剖结构示意图；

图8为依据本发明制作的磷酸铁锂电池组的常温循环曲线图。

图中：1-塑料壳体；10-内腔；101-第一内腔；102-第二内腔；103-第三内腔；104-第四内腔；105-第五内腔；106-第六内腔；2-金属箔材；3-防爆阀；

4-盖板；40-正极柱；41-负极柱；42-第三连接片；43-凸块；

5-电池单体；50-第一连接片；51-第二连接片。

具体实施方式

为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。除非另外定义，此处使用的技术术语或者科学术语应当为本发明所属领域内具有一般技能的人士所理解的通常意义。本文中使用的“包括”等类似的词语意指出现该词前面的元件或者物件涵盖出现在该词后面列举的元件或者物件及其等同，而不排除其他元件或者物件。

实施例一

针对现有技术存在的问题，本发明的实施例提供了一种组合式电池组，如图1所示，图1为发明的实施例一的组合式电池组的俯视结构示意图，包括塑料壳体1，塑料壳体1外表面设置有金属箔材2，塑料壳体1内部设置至少两个内腔10。

如图2所示，图2为本发明的实施例一的组合式电池组的正剖结构示意图，每一内腔10内部均安装一电池单体5，每一内腔10顶部开口均密封固定一盖板4。

如图1所示，每一盖板4上均设置至少一正极柱40和一负极柱41，每一电池单体5与一正极柱40和一负极柱41连接，盖板4上的正极柱40与相邻盖板4上的负极柱41串联连接。

以实施例一的组合式电池组为例说明本发明的优点：

(1)图1和图2所示的组合式电池组的外壳采用塑料壳体1，降低了组合式电池壳的成本，于塑料壳体1内设置多个内腔10来单独安装电池单体5，并在每个内腔5顶部密封固定盖板4，电池单体5与盖板4上的正极柱和负极柱连接，使电池单体可以稳定固定于内腔内部，保证了电池的稳定性，电池单体固定更加牢靠，结构简单，加工成本低。

(2)在塑料壳体1外表面设置金属箔材2，既解决了塑料壳体透水性的问题，提高了电池壳体的密封性的同时，金属箔材还能起到一定的导热散热功能，从而提高电池的散热速度，提高电池的使用寿命。

可补充的是，图1中的内腔10均包括第一内腔101、第二内腔102、第三内腔103、第四内腔104、第五内腔105、第六内腔106。第一腔体、第二腔体、第三腔体、第四腔体、第五腔体、第六腔体六个腔体在塑料壳体内从左到右依次设置。且相邻两个腔体之间相互密封隔绝，保证每个电池单体之间的独立性。

内腔上的极柱的连接方式为：第一内腔101上的盖板上的正极柱40与第二内腔102上的盖板上的负极柱41连接，第二内腔102上盖板上的正极柱与第三内腔103上的负极柱连接，第三内腔103上的正极柱与第四内腔104上的负极柱连接，第四内腔104上的正极柱与第五内腔105上的负极柱连接，第五内腔105上的正极柱与第六内腔106上的负极柱连接。

每个内腔10之间均密封隔离，使每个内腔内的电解液相互隔离，每个内腔的电池单体5也相互隔离，每个电池单体5靠正极柱40与负极柱41的串联来实现串联连接。

如图2所示，作为本发明一种优选的实施方式，电池单体5的正极引出端通过第一连接片50与正极柱40连接，电池单体5的负极引出端通过第二连接片51与负极柱41连接，盖板4上的正极柱40与相邻盖板4上的负极柱41通过第三连接片42串联连接。第一连接片50、第二连接片51和第三连接片42均采用金属材料如铜、铝等导电材料制作，起到电池单体与极柱之间、电池单体之间的电连接作用。

优选的，本发明的电池组每个盖板在生产时即包括盖板4、盖板4上固定的正极柱和负极柱，而正极柱40朝向内腔10的一端固定连接第一连接片50，负极柱10朝向内腔的一端固定连接第二连接片51。第一连接片50和第二连接片51通过激光焊接在其盖板4上。

这样在安装电池单体时，只需将每个电池单体5的正极引出端与第一连接片50进行超声波焊接，电池单体的负极引出端与第二连接片51进行超声波焊接，即可完成电池单体与极柱的电连接，同时也使电池单体5固定于盖板4朝向内腔的一侧，提高了组合式电池组的装配效率。

可说明的是，如图1所示，为了方便多个盖板上极柱的串联连接，本发明的组合式电池组的相邻两个盖板倒置安装。即右侧第一个盖板4上正极柱朝向塑料壳体的背面、负极柱朝向塑料壳体的正面时，其相邻的盖板4上的正极柱与负极柱与右侧第一个盖板4上的正极柱和负极柱的方向正好相反。即右侧第二个盖板4上的正极柱朝向塑料壳体的正面，负极柱朝向塑料壳体的背面。这样相邻盖板4上的正极柱与负极柱，即右侧第二个盖板4上的正极柱与右侧第一个盖板4上的负极柱连接的距离可以缩短到最小，节省了第三连接片42的用材。

作为一种具体的实施例，本发明的组合式电池组的内腔10数量为6个，电池单体、盖板的数量均为6个。如图1，从左往右，第一个盖板4上的正极柱连接第二个盖板4上的负极柱，第二个盖板上的正极柱连接第三个盖板上负极柱，第三个盖板上的正极柱连接第四个盖板上的负极柱，第四个盖板上的正极柱连接第五个盖板上的负极柱，第五个盖板上的正极柱连接第六个盖板上的负极柱，完成六个电池单体的串联连接。

作为本发明一种优选的实施方式，电池单体5包括极芯，极芯包括正极片、隔膜纸和负极片，正极片、隔膜纸和负极片依次连接，极芯的组装方式是将正极片、隔膜纸、负极片、隔膜纸依次层叠连接。正极片与正极引出端连接，负极片与负极引出端连接。

作为本发明一种优选的实施方式，塑料壳体1采用聚酰胺、聚乙烯、聚丙烯、聚酰亚胺中的任意一种材料制成，但并不局限于上述材料，还可以采用其他的塑料材料制作壳体。

本发明的塑料外壳可优选ABS(acrylonitrile–butadiene–styrene copolymer)塑料制作，ABS全程为丙烯腈-丁二烯-苯乙烯共聚物，其抗冲击性、耐热性、耐低温性、耐化学药品性及电气性能优良，适宜于作为本发明的组合式电池组的外壳的制作原料。

如图1所示，作为本发明一种优选的实施方式，金属箔材的覆盖面积大于塑料壳体外表面面积的10％，降低塑料外壳的透水性。

优选的，金属箔材可采用铝箔，但是不局限于铝箔，铝箔导热性能好，提高塑料壳体的密封性、降低其透水性的同时，提高了塑料壳体内电池组的散热效率。

作为本发明一种优选的实施方式，盖板4为塑料盖板，盖板4与塑料壳体1密封连接。塑料壳体和盖板均采用塑料制作，两者的连接和密封更加容易。

作为本发明一种优选的实施方式，参照图1，每一盖板4上均设置一防爆阀3。本发明的内腔内电池单体和防爆阀在正常工作时，气体将从压强高的区域流向压强低的区域，此时防爆阀起到防水透气的作用。当内腔内部压强大于或等于防爆阀预设的爆破阈值时，腔体内部气体压力顶开防爆阀的活塞体，使防爆阀的放气通道直接打开，通过放气通道将气体极速排至外界，迅速降低内腔压力，防止腔体爆破。排气后使内腔内气体压力低于防爆阀的爆破阈值时，防爆阀回到正常工作状态。

如图3所示，图3为本发明实施例一的组合式电池组的装配方法流程图，依据上述的组合式电池组，本发明还提供一种组合式电池组的装配方法，包括步骤：

S1、将电池单体的极芯的引出端与盖板固定连接，并使极芯的引出端与极柱电连接；

S2、向内腔内注入电解液，将极芯插入内腔，将盖板盖在内腔开口上；

S3、将盖板上正极柱与相邻盖板上负极柱串联连接；

S4、密封盖板和塑料壳体，在塑料壳体外侧固定金属箔材。

可补充的是，上述步骤S2中向内腔内注入电解液的步骤并非局限于在盖板盖在内腔，也可以在盖板盖在内腔上后在进行电池的注液操作。

可通过注液孔向电池腔体内注液：在塑料壳体上预留与内腔连通的注液孔，在完成盖板与塑料壳体的密封连接后，通过注液孔向每一个内腔内注入电解液。电解液注入完毕后，密封其注液孔。

可通过盖板向电池腔体内注液：盖板上预留防爆阀的安装孔，但先不安装防爆阀，待盖板与塑料壳体密封连接后，通过安装孔向每一个内腔内注入电解液，注液完毕后，再将防爆阀装配至安装孔内。

作为本发明一种优选的实施方式，步骤S1包括使极芯的正极引出端通过第一连接片焊接正极柱，使极芯的负极引出端通过第二连接片焊接负极柱。

作为本发明一种优选的实施方式，盖板通过热熔焊密封固定于塑料壳体上，金属箔材通过热熔焊固定于塑料壳体的外表面，通过热熔焊密封连接塑料壳体和塑料盖板，密封性能更佳。

本发明采用先将电池单体的极芯固定于盖板朝向内腔的一端，使极柱与极芯电连接，然后将极芯插入内腔的同时注入电解液，并将盖板盖在内腔开口上，并完成极柱之间的串联连接，最后完成盖板与塑料壳体的密封连接，整个装配过程简单快速，保证了电池单体的稳定，提高了电池组的装配效率，也提高了电池组的整体稳定性、牢固性。

实施例二

本发明提供一种组合式电池组，如图4所示，图4为本发明的实施例二的组合式电池组的俯视结构示意图；包括塑料壳体1，塑料壳体1外表面设置有金属箔材2，塑料壳体1内部设置六个内腔10，每一内腔10内部均安装一电池单体5，盖板4数量为三个，每个盖板4均盖在两个相邻的内腔上，每个盖板4上均设置两个正极柱40和两个负极柱41，每个盖板4均连接其两个电池单体5。每一电池单体5均与一正极柱40和一负极柱41连接，具体地，每一内腔10的正上方的盖板4上设置一正极柱和一负极柱。其内腔10内的电池单体(图中未标示)与正极柱的连接、电池单体负极引出端与负极柱的连接方式、盖板上正极柱与负极柱的串联方式均与实施例一中相同，盖板4上的正极柱40与相邻盖板上的负极柱41通过第三连接片42连接。

可选的，作为本发明实施例二的另一种实施方式，如图5所示，图5为本发明的实施例二的另一种实施方式中组合式电池组的俯视结构示意；本发明的组合式电池组的盖板4的数量并不局限于三个，也可以为两个，每个盖板4对应盖在三个内腔10上，每个盖板上均设置三个正极柱和三个负极柱，每个盖板4均连接三个电池单体5。

实施例三

本发明提供一种组合式电池组，如图6所示，图6为本发明的实施例三的组合式电池组的俯视结构示意图，包括塑料壳体1，塑料壳体1外表面设置有金属箔材2，塑料壳体1内部设置六个内腔10。六个内腔10顶部开口共同密封固定一盖板4，盖板4上设置六个正极柱40和六个负极柱41。盖板4上的正极柱40通过第三连接片42相邻的负极柱41串联连接。

如图7所示，图7为本发明的实施例三的组合式电池组的正剖结构示意图；每一内腔10内部均安装一电池单体5，每一电池单体5均与一正极柱40和一负极柱41连接，具体地，每一内腔10的正上方的盖板上均设置一正极柱和一负极柱，其内腔10内的电池单体5的正极引出端通过第一连接片50与其上端的正极柱40连接，其内腔10内的电池单体5的负极引出端通过第二连接片51与负极柱41连接。

可补充的是，盖板4采用塑料材质制作。盖板4的底端设置六个平行的凸块43，凸块43与盖板4均为塑料材质制作，凸块与盖板无缝连接，可通过冲压模具制作。或凸块43的形状与内腔10的顶部开口形状适配，便于盖板4与每一个内腔10的密封。

优选的，整个电池组的所有电池单体共用一个盖板，增强了电池组整体结构的稳定性。

优选的，如图6和图7所示，本发明的电池组的盖板在生产时即包括盖板4、盖板4上固定的正极柱和负极柱，而正极柱40朝向内腔10的一端固定连接第一连接片50，负极柱10朝向内腔的一端固定连接第二连接片51。第一连接片50和第二连接片51通过激光焊接在其盖板4上。另外，相邻的正极柱与负极柱、负极柱与正极柱依次串联连接，正极柱与负极柱通过第三连接片焊接连接。第三连接片42通过激光焊接于盖板4上。

优选的是，使塑料壳体的六个腔体共用一个盖板4，由于正极柱和负极柱的串联可在盖板4生产阶段完成，因此可以大大减少电池组的装配时间。而且六个电池单体共用一个盖板，完成盖板与电池单体的连接后，完成注液操作，然后将盖板盖在塑料壳体上，最后再对盖板4的底端与每个腔体的开口处进行密封，避免了一个个盖板装配的麻烦，进一步提高了组合式电池组的装配效率。

电池组的装配方法为：

将每个电池单体5的正极引出端与第一连接片50进行超声波焊接，电池单体的负极引出端与第二连接片51进行超声波焊接。完成了电池单体5与其内腔上方的正极柱和负极柱的对应连接，也完成了电池单体5与盖板4的固定连接。接着向内腔内注入电解液，注液完毕后，将盖板4盖在塑料壳体1上。使盖板下的六个凸块43分别插设于内腔10的开口处，再通过热熔焊方式，将凸块43与内腔10内壁密封连接，完成电池组的密封。

在本发明的组合式电池组装配好之后，再进行陈化、首次充电、搁置以及分容等操作，使电池组满足正常的工作条件。

具体实施例：经过发明人的实验，基于本发明的结构和原理制作的磷酸铁锂电池组，实施例中的磷酸铁锂电池组是由六个磷酸铁锂电池串联组成，对上述的磷酸铁锂电池组进行常温循环测试。

测试方法如下：控制每个单体电池的充放电电压范围为2.0-3.8V，充放电电流为1C，100％DOD、搁置30min的条件下，得到图8，图8为磷酸铁锂电池组的常温循环曲线图。

可补充的是，DOD为Department of Defense的缩写词，其代表循环深度，100％DOD，即表示电池组每次放出的容量电池实际容量的100％。

观察如图8所示的常温循环曲线图，可以得出结论：在常温循环测试条件下，基于本发明的组合式电池组的结构和原理制作的磷酸铁锂电池组仍然保持了很好循环性能。

虽然在上文中详细说明了本发明的实施方式，但是对于本领域的技术人员来说显而易见的是，能够对这些实施方式进行各种修改和变化。但是，应理解，这种修改和变化都属于权利要求书中所述的本发明的范围和精神之内。而且，在此说明的本发明可有其它的实施方式，并且可通过多种方式实施或实现。

Claims (10)

1.一种组合式电池组，其特征在于，包括塑料壳体和至少一盖板，所述塑料壳体外表面设置有金属箔材，所述塑料壳体内部设置至少两个内腔，每一所述内腔内部均安装电池单体，所述盖板固定于所述内腔开口上，所述盖板上设置若干正极柱和若干负极柱，每一所述电池单体与一所述正极柱和一所述负极柱连接，相邻两个所述电池单体串联。

2.如权利要求1所述的组合式电池组，其特征在于，所述盖板数量为若干个，每一所述盖板均对应一所述内腔并连接一所述电池单体；或每一所述盖板均对应若干连续的所述内腔并连接若干个所述电池单体。

3.如权利要求1所述的组合式电池组，其特征在于，所述盖板数量为一个，所有电池单体共同连接同一所述盖板。

4.如权利要求1所述的组合式电池组，其特征在于，所述电池单体包括极芯，所述极芯包括正极片、隔膜纸和负极片，所述正极片、所述隔膜纸和所述负极片依次连接；所述正极片连接一正极引出端，所述负极片连接一负极引出端；所述正极引出端通过第一连接片与所述正极柱连接，所述负极引出端通过第二连接片与所述负极柱连接。

5.如权利要求4所述的组合式电池组，其特征在于，所属第一连接片和所述第二连接片均与所述盖板固定连接。

6.如权利要求1所述的组合式电池组，其特征在于，所述塑料壳体为聚酰胺、聚乙烯、聚丙烯、聚酰亚胺中的任意一种材料制成。

7.如权利要求1所述的组合式电池组，其特征在于，所述金属箔材的覆盖面积大于所述塑料壳体外表面面积的10％。

8.如权利要求1所述的组合式电池组，其特征在于，所述盖板为塑料盖板，所述盖板与所述塑料壳体密封连接，所述盖板上设置若干防爆阀。

9.一种组合式电池组的装配方法，其特征在于，所述组合式电池组为权利要求1-8任意一项所述的组合式电池组，所述装配方法包括以下步骤：

S1、将电池单体的极芯的电极引出端与盖板连接，并使所述极芯的电极引出端与极柱电连接；

S2、向内腔注入电解液，并将所述极芯插入所述内腔，将所述盖板盖在所述内腔开口上；

S3、将正极柱与相邻的负极柱串联连接；

S4、密封所述盖板和塑料壳体，在所述塑料壳体外侧固定金属箔材。

10.如权利要求9的组合式电池组的装配方法，其特征在于，将所述盖板通过热熔焊密封固定于所述塑料壳体上，将所述金属箔材通过热熔焊固定于所述塑料壳体的外表面。

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