CN113113708A - 一种固态电池模组、电池包及电池包的设计方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种固态电池模组、电池包及电池包的设计方法，其属于电池技术领域，固态电池模组包括：多个电池电芯，多个所述电池电芯沿第一方向依次排列形成电芯排，相邻的两个所述电池电芯之间设置有弹性介质，所述弹性介质的相对的两个侧面分别与各自相邻的所述电池电芯粘接；液冷板，多个所述电池电芯的底部粘接于所述液冷板上；端板，所述电芯排的相对的两端分别设有一个所述端板；捆扎带，沿所述第一方向绕设于所述电芯排和所述端板的外周，连接件能够依次穿过所述端板、所述液冷板并固定于电池包的下箱体。本发明使得固态电池模组的零部件减少，成本降低，安装步骤简单。

Description

一种固态电池模组、电池包及电池包的设计方法

技术领域

本发明涉及电池技术领域，尤其涉及一种固态电池模组、电池包及电池包的设计方法。

背景技术

电池包的能量密度和成本一直都是车企关注的重要指标，前者影响续航里程，后者影响售价。锂电池具有能量密度高，储能多，寿命长，使用温度广等特点，在电动汽车领域中已经广泛使用，而固态电池因为没有电解液，使用上安全性更高。

现有技术中，为了保证固态电池模组中电芯的稳定性，电池模组的下箱体内一般都会设置金属框架来固定电芯。

采用金属框架来固定电芯，使得固态电池模组的重量增加，也使得生产制造成本增加，并导致安装工序复杂。

发明内容

本发明的目的在于提供一种固态电池模组、电池包及电池包的设计方法，以解决现有技术中存在的固态电池模组的重量较大、生产成本较高、安装工序较复杂的技术问题。

如上构思，本发明所采用的技术方案是：

一种固态电池模组，包括：

多个电池电芯，多个所述电池电芯沿第一方向依次排列形成电芯排，相邻的两个所述电池电芯之间设置有弹性介质，所述弹性介质的相对的两个侧面分别与各自相邻的所述电池电芯粘接；

液冷板，多个所述电池电芯的底部粘接于所述液冷板上；

端板，所述电芯排的相对的两端分别设有一个所述端板；

捆扎带，沿所述第一方向绕设于所述电芯排和所述端板的外周，连接件能够依次穿过所述端板、所述液冷板并固定于电池包的下箱体。

可选地，所述固态电池模组还包括线束隔离板，所述线束隔离板沿所述第一方向延伸，所述电芯排的沿所述第一方向的相对的两侧分别设置有一个所述线束隔离板。

可选地，所述固态电池模组还包括支撑板，所述支撑板夹设于所述电芯排的两个所述电池电芯之间，所述线束隔离板与所述支撑板卡接。

可选地，所述固态电池模组还包括侧盖，所述侧盖设于所述线束隔离板背离所述电池电芯的一侧，且所述侧盖与所述线束隔离板卡接。

可选地，所述固态电池模组还包括上盖，所述上盖与所述支撑板卡接。

可选地，所述线束隔离板包括多个线束隔离板分段。

可选地，所述端板上设置有捆扎带槽。

可选地，所述端板上设置线束隔离板限位槽。

一种电池包，包括下箱体，还包括上述的固态电池模组，所述固态电池模组安装于所述下箱体。

一种电池包的设计方法，用于对上述的电池包进行设计，包括以下步骤：

S1、将下箱体的包络空间以及电池电芯的长度尺寸、宽度尺寸、高度尺寸和串并联方式作为设计输入；

S2、按照所述下箱体的包络空间和所述电池电芯的宽度尺寸，确定单个固态电池模组内所能够容纳的所述电池电芯的数量；

S3、根据电芯成组力确定捆扎带的尺寸和数量；

S4、确定所述固态电池模组的膨胀方向，位于所述膨胀方向上的端板通过连接件固定在所述下箱体和液冷板上作为支撑结构；

S5、采集多个所述电池电芯的温度，并根据多个所述电池电芯的温度中的最大值控制液冷板的工作；

S6、对所述电池包的结构强度进行校核；

S7、对所述电池包的电气安全性进行校核。

本发明提出的固态电池模组在安装时，先将相邻的电池电芯采用弹性介质粘接，保证电芯排的稳定性；弹性介质有一定的压缩量，能够适应电池电芯的膨胀变形；同时弹性介质具有隔热功能，避免各个电池电芯之间发生热传递；由捆扎带将端板和电芯排绑扎在一起，将电池电芯的底部粘接于液冷板上，最后用连接件依次穿过端板、液冷板使得电池电芯相对下箱体固定，无需现有技术中的金属框架来固定电池电芯，使得固态电池模组的零部件减少，成本降低，安装步骤简单。

本发明提出的电池包，保证上述的固态电池模组安装稳定，成本降低，安装步骤简单，并且可以确保固态电池模组在整个生命周期内结构稳定，固定牢靠。

本发明提出的电池包的设计方法，用于设计上述的电池包，设计出的电池包成本低，安装步骤简单，并能够充分发挥固态电池模组的热安全特性，降低整车热泵的能耗。

附图说明

图1是本发明实施例提供的固态电池模组的结构示意图；

图2是本发明实施例提供的固态电池模组的爆炸图；

图3是本发明实施例提供的端板、液冷板和下箱体的连接示意图；

图4是本发明实施例提供的电芯排的示意图；

图5是本发明实施例提供的弹性介质与电池电芯配合的示意图；

图6是本发明实施例提供的端板的结构示意图；

图7是本发明实施例提供的线束隔离板与支撑板的卡接示意图；

图8是本发明实施例提供的线束隔离板分段与侧盖分段的示意图；

图9是本发明实施例提供的上盖与支撑板的卡接示意图；

图10是本发明实施例提供的电池包的设计方法中步骤S5的流程图。

图中：

1、下箱体；

2、电池电芯；20、电芯排；21、汇流排；

3、弹性介质；

4、液冷板；41、连接件；

5、端板；51、捆扎带槽；52、线束隔离板限位槽；53、固定孔；

6、捆扎带；

7、线束隔离板；71、线束隔离板分段；72、隔离板卡接凸起；

8、支撑板；81、支撑板卡接凸起；82、上盖卡接凸起；

9、侧盖；91、侧盖分段；

10、上盖。

具体实施方式

为使本发明解决的技术问题、采用的技术方案和达到的技术效果更加清楚，下面结合附图并通过具体实施方式来进一步说明本发明的技术方案。可以理解的是，此处所描述的具体实施例仅仅用于解释本发明，而非对本发明的限定。另外还需要说明的是，为了便于描述，附图中仅示出了与本发明相关的部分而非全部。

在本发明的描述中，需要说明的是，术语“中心”、“上”、“下”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“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。其中，术语“第一位置”和“第二位置”为两个不同的位置。

在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接；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。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

参见图1-图9，本实施例提供一种电池包，其包括下箱体1和固态电池模组，固态电池模组安装于下箱体1。

本实施例中，电池包能够保证固态电池模组的安装稳定，成本降低，安装步骤简单，并且可以确保固态电池模组在整个生命周期内结构稳定，固定牢靠。

参见图1-图5，固态电池模组包括液冷板4、端板5、捆扎带6和多个电池电芯2。

具体地，多个电池电芯2沿第一方向依次排列形成电芯排20，相邻的两个电池电芯2之间设置有弹性介质3，弹性介质3的相对的两个侧面分别与各自相邻的电池电芯2粘接；多个电池电芯2的底部粘接于液冷板4上；电芯排20的相对的两端分别设有一个端板5；捆扎带6沿第一方向绕设于电芯排20和端板5的外周，连接件41能够依次穿过端板5、液冷板4并固定于电池包的下箱体1。

本实施例提供的固态电池模组在安装时，先将相邻的电池电芯2采用弹性介质3粘接，保证电芯排20的稳定性；由捆扎带6将端板5和电芯排20绑扎在一起，将电池电芯2的底部粘接于液冷板4上，最后用连接件41依次穿过端板5、液冷板4使得电池电芯2相对下箱体1固定，无需现有技术中的金属框架来固定电池电芯2，使得固态电池模组的零部件减少，成本降低，安装步骤简单。

具体地，液冷板4与电池电芯2采用导热结构胶水粘接，既保证粘接的稳定性，又能够保证电池电芯2的传热效果。

可选地，液冷板4为水冷板。

弹性介质3有一定的压缩量，能够适应电池电芯2的膨胀变形；同时弹性介质3具有隔热功能，避免各个电池电芯2之间发生热传递。具体地，弹性介质3的相对的两个侧面附胶，以与电池电芯2粘接。

参见图6，具体地，端板5上设置有上下贯通的固定孔53，连接件41穿过固定孔53和液冷板4固定于下箱体1上。可选地，本实施例中，连接件41为螺栓。

进一步地，为了防止绑扎完成后捆扎带6发生移位导致捆扎不稳，优选地，本实施例中，端板5上设置有捆扎带槽51。具体地，端板5上设置有至少两个捆扎带槽51，至少两个捆扎带槽51间隔设置。

优选地，捆扎带槽51的转角部分为圆弧过渡，防止损伤捆扎带6。

进一步地，固态电池模组还包括线束隔离板7，线束隔离板7沿第一方向延伸，电芯排20的沿第一方向的相对的两侧分别设置有一个线束隔离板7。线束隔离板7用于将线束与电芯排20隔离开。

进一步地，为了保证线束隔离板7的稳定性，本实施例中，固态电池模组还包括支撑板8，支撑板8夹设于电芯排20的两个电池电芯2之间，线束隔离板7与支撑板8卡接。

支撑板8夹设于电芯排20的两个电池电芯2之间，捆扎带6捆扎电芯排20，并通过将线束隔离板7与支撑板8卡接，由支撑板8支撑线束隔离板7，防止电芯极耳与汇流排21焊接时，线束隔离板7塌陷导致焊接不良。

优选地，固态电池模组包括多个支撑板8，多个支撑板8等间隔夹设在电芯排20内。

具体地，参见图7，线束隔离板7上设置有隔离板卡接凸起72，相应地，支撑板8上设置有与卡接凸起72相配合的隔离板卡接凹槽；支撑板8上设置有支撑板卡接凸起81，相应地，线束隔离板7上设置有与支撑板卡接凸起81相配合的支撑板卡接凹槽。

进一步地，端板5上设置线束隔离板限位槽52，线束隔离板限位槽52能够对线束隔离板7进行限位。具体地，线束隔离板7上设置有与线束隔离板限位槽52配合的凸起结构，凸起结构能够卡接于线束隔离板限位槽52内，防止线束隔离板7发生移位。

进一步地，固态电池模组还包括侧盖9，侧盖9设于线束隔离板7背离电池电芯2的一侧，且侧盖9与线束隔离板7卡接，以保证侧盖9的连接稳定性。

具体地，线束隔离板7上设置有侧盖卡接槽，侧盖9上设置有与侧盖卡接槽配合的侧盖卡接凸起。优选地，侧盖卡接凸起上设置有导向斜面，以保证侧盖卡接凸起能够快速卡接于侧盖卡接槽内。

参见图8，优选地，本实施例中，线束隔离板7和侧盖9均为分体式结构，使得线束隔离板7和侧盖9的长度能够根据不同串并的电池电芯2的数目进行设置。具体地，线束隔离板7包括多个线束隔离板分段71；侧盖9包括多个侧盖分段91；线束隔离板分段71与侧盖分段91一一对应卡接。

进一步地，本实施例中，固态电池模组还包括上盖10，上盖10与支撑板8卡接。

参见图9，支撑板8上设置有上盖卡接凸起82，上盖10上设置有与上盖卡接凸起82相配合的卡接孔。具体地，卡接孔为盲孔，上盖卡接凸起82为圆柱体凸起。

优选地，本实施例中，端板5、侧盖9和上盖10均为非金属材质，三者共同构成固态电池模组的外部防护结构，通过卡接方式连接，相比于现有技术中采用金属端板和金属外壳并通过焊接方式连接，本实施例使得产品重量和工艺难度均下降。

本实施例中，通过设置支撑板8来支撑线束隔离板7，相比于现有技术中在电池电芯外部设置塑料框架来作为支撑结构，整体性好，且降低了产品重量和成本。

本实施例还提供一种电池包的设计方法，用于对上述的电池包进行设计，包括以下步骤：

S1、将下箱体1的包络空间以及电池电芯2的长度尺寸、宽度尺寸、高度尺寸和串并联方式作为设计输入；

S2、按照下箱体1的包络空间和电池电芯2的宽度尺寸，确定单个固态电池模组内所能够容纳的电池电芯2的数量；

具体地，在步骤S2中，电池电芯2的宽度尺寸即为电池电芯2的厚度尺寸，在下箱体1的包络空间内，按照电池电芯2厚度方向的尺寸最大限度地填充电池电芯2按照串、并联方式确定单个固态电池模组内所能够最大限度容纳的电池电芯2的数量。

S3、根据电芯成组力确定捆扎带6的尺寸和数量；

具体地，在步骤S3之前，还需要根据电池电芯2的串、并联方式和结构强度确定支撑板8、线束隔离板分段71以及侧盖分段91的数量。优选地，支撑板8、线束隔离板分段71以及侧盖分段91采用模块化的设计方法。根据电池电芯2的串、并联方式，确定支撑板8的数量和布置位置，具体为：首先，根据布置空间确定支撑板8的数量和厚度，然后根据焊接压力确定支撑板8的材料，保证支撑板8所受的压应力低于材料的屈服强度，最后按照每两个线束隔离板7共用一个支撑板8的要求确定线束隔离板分段71的个数，完成线束隔离板分段71和侧盖分段91的模块化设计。

具体地，在步骤S3中，对于成组力低于3kN，施加1根捆扎带6，捆扎带6的厚度小于1mm；对于成组力高于3kN且低于3M(M≥2，M为整数)kN，施加M根捆扎带6，捆扎带6的厚度≥1mm。

S4、确定固态电池模组的膨胀方向，位于膨胀方向上的端板5通过连接件41固定在下箱体1和液冷板4上作为支撑结构；

具体地，本实施例中，固态电池模组的膨胀方向为电池电芯2的厚度方向。

S5、采集多个电池电芯2的温度，并根据多个电池电芯2的温度中的最大值控制液冷板4的工作；

具体地，在步骤S5中，由温度传感器采集电池电芯2的温度，由数据处理模块处理得到多个电池电芯2的温度中的最大值。

参见图10，具体地，步骤S5包括：

S51、得到多个电池电芯2的温度中的最大值，判断该最大值是否超过第一设定温度，如果是，则执行步骤S52；如果否，则液冷板4不工作，此时为液冷板4提供冷却液的水泵也不工作；

S52、水泵开启并以50％的负荷运转，实时监测多个电池电芯2的温度，计算多个电池电芯2的温度的最大值的升温速率并执行步骤S53；

S53、判断多个电池电芯2的温度的最大值是否升高，如果否，则执行步骤S56；如果是，则执行步骤S54；

S54、判断升温速率是否超过1℃/min，如果是，则水泵以100％的负荷运转并返回执行步骤S53；如果否，则执行步骤S55；

S55、判断升温速率是否超过0.5℃/min，如果是，水泵以75％的负荷运转并返回执行步骤S53；如果否，则水泵以50％的负荷运转并返回执行步骤S53；

S56、判断该最大值是否超过第二设定温度，如果是，则水泵以50％的负荷运转并返回执行步骤S53；如果否，则关闭水泵；第一设定温度大于第二设定温度；

S6、对电池包的结构强度进行校核；

S7、对电池包的电气安全性进行校核。

通过执行步骤S5，能够对电池包的冷却作业过程和冷却效果进行校验。

本实施例中，电池包的设计方法用于设计上述的电池包，设计出的电池包成本低，安装步骤简单，并能够充分发挥固态电池模组的热安全特性，降低整车热泵的能耗

以上实施方式只是阐述了本发明的基本原理和特性，本发明不受上述实施方式限制，在不脱离本发明精神和范围的前提下，本发明还有各种变化和改变，这些变化和改变都落入要求保护的本发明范围内。本发明要求保护范围由所附的权利要求书及其等效物界定。

Claims (10)

1.一种固态电池模组，其特征在于，包括：

多个电池电芯(2)，多个所述电池电芯(2)沿第一方向依次排列形成电芯排(20)，相邻的两个所述电池电芯(2)之间设置有弹性介质(3)，所述弹性介质(3)的相对的两个侧面分别与各自相邻的所述电池电芯(2)粘接；

液冷板(4)，多个所述电池电芯(2)的底部粘接于所述液冷板(4)上；

端板(5)，所述电芯排(20)的相对的两端分别设有一个所述端板(5)；

捆扎带(6)，沿所述第一方向绕设于所述电芯排(20)和所述端板(5)的外周，连接件(41)能够依次穿过所述端板(5)、所述液冷板(4)并固定于电池包的下箱体(1)。

2.根据权利要求1所述的固态电池模组，其特征在于，所述固态电池模组还包括线束隔离板(7)，所述线束隔离板(7)沿所述第一方向延伸，所述电芯排(20)的沿所述第一方向的相对的两侧分别设置有一个所述线束隔离板(7)。

3.根据权利要求2所述的固态电池模组，其特征在于，所述固态电池模组还包括支撑板(8)，所述支撑板(8)夹设于所述电芯排(20)的两个所述电池电芯(2)之间，所述线束隔离板(7)与所述支撑板(8)卡接。

4.根据权利要求3所述的固态电池模组，其特征在于，所述固态电池模组还包括侧盖(9)，所述侧盖(9)设于所述线束隔离板(7)背离所述电池电芯(2)的一侧，且所述侧盖(9)与所述线束隔离板(7)卡接。

5.根据权利要求3所述的固态电池模组，其特征在于，所述固态电池模组还包括上盖(10)，所述上盖(10)与所述支撑板(8)卡接。

6.根据权利要求2-5任一项所述的固态电池模组，其特征在于，所述线束隔离板(7)包括多个线束隔离板分段(71)。

7.根据权利要求1-5任一项所述的固态电池模组，其特征在于，所述端板(5)上设置有捆扎带槽(51)。

8.根据权利要求2-5任一项所述的固态电池模组，其特征在于，所述端板(5)上设置线束隔离板限位槽(52)。

9.一种电池包，包括下箱体(1)，其特征在于，还包括如权利要求1-8任一项所述的固态电池模组，所述固态电池模组安装于所述下箱体(1)。

10.一种电池包的设计方法，其特征在于，用于对权利要求9所述的电池包进行设计，包括以下步骤：

S1、将下箱体(1)的包络空间以及电池电芯(2)的长度尺寸、宽度尺寸、高度尺寸和串并联方式作为设计输入；

S2、按照所述下箱体(1)的包络空间和所述电池电芯(2)的宽度尺寸，确定单个固态电池模组内所能够容纳的所述电池电芯(2)的数量；

S3、根据电芯成组力确定捆扎带(6)的尺寸和数量；

S4、确定所述固态电池模组的膨胀方向，位于所述膨胀方向上的端板(5)通过连接件(41)固定在所述下箱体(1)和液冷板(4)上作为支撑结构；

S5、采集多个所述电池电芯(2)的温度，并根据多个所述电池电芯(2)的温度中的最大值控制液冷板(4)的工作；

S6、对所述电池包的结构强度进行校核；

S7、对所述电池包的电气安全性进行校核。

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