CN114824414A - 电池电芯、电池包以及车辆 - Google Patents

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陈慧明
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Abstract

本发明公开了一种电池电芯、电池包以及车辆，电池电芯包括：小电芯单元、绝缘层、电芯壳体和柔性线路板；电池电芯具有多个所述小电芯单元；绝缘层设置于相邻的小电芯单元之间；柔性线路板用于采集相邻的所述小电芯单元之间的温度和电压；电池电芯设置在电芯壳体内；电芯壳体上设置有两个高压接插件可与电池箱体内高压接口实现快速连接；相邻两个小电芯单元串联与电芯壳体上设置的高压接插件连接；并通过高压接插件、箱体纵梁内的高压线与高压盒连接；本发明电芯内部实现小电芯单元串联，信号采集，以及防护功能；电池包与电动汽车车架集成，进一步实现减重以提高能量密度。

Description

电池电芯、电池包以及车辆
技术领域
本发明涉及车辆动力电池技术领域，尤其涉及一种电池电芯、电池包以及车辆。
背景技术
随着全球能源危机和环境污染问题的日益严重，电动车得到快速发展，电动汽车以电力为动力源，通过电动机取代燃油发动机可以节约大量的额化石燃料。随着电动汽车的快速发展，对动力电池的性能要求也越来越高，其中提高能量密度是各个主机厂和电池供应商共同追求的目标。
现有电池包技术方案中，电池电芯通过外部串联提高电压匹配外载部件，使得电池包内部增加很多电连接部件及防护部件，不仅增加了连接工艺的操作难度，还难以提升能量密度，并且提高了产品成本，降低了续航里程，以上问题亟待解决。
发明内容
本发明的目的在于提供一种电池电芯、电池包以及车辆，以解决上述背景技术中提出的问题。
为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：一种电池电芯，包括：
小电芯单元，所述电池电芯具有多个所述小电芯单元；
绝缘层，所述绝缘层为绝缘材料，所述绝缘层设置于相邻的所述小电芯单元之间；
柔性线路板，用于采集相邻的所述小电芯单元之间的温度和电压；
电芯壳体，所述电芯壳体具有容纳空间，所述电池电芯设置在所述容纳空间内；所述电芯壳体上设置有两个高压接插件；
每个所述小电芯单元均设置有第一极和第二极，相邻两个小电芯单元串联连接；其中，多个所述小电芯单元中的第一个小电芯单元的第一极形成所述电池电芯第一总极，多个所述小电芯单元中的最后一个小电芯单元的第二极形成所述电池电芯的第二总极，所述第一总极与一个所述高压接插件连接，所述第二总极与另一个所述高压接插件连接。
进一步地，还包括：
多个上极耳，所述上极耳具有第一端和第二端；
多个下极耳，所述下极耳具有第三端和第四端；
多个连接极耳，所述连接极耳由所述上极耳的第二端和所述下极耳的第四端连接形成Y型结构；
所述连接极耳设置于相邻两层所述小电芯单元之间，所述上极耳的第一端与上层所述小电芯单元正极连接，所述下极耳的第三端与下层所述小电芯单元的负极连接。
进一步地，还包括隔板，所述隔板为绝缘材料，所述隔板间隔相邻的所述连接极耳。
进一步地，还包括柔性线路板，所述柔性线路板开设有多个线路板凹槽，所述接极耳的连接端插接在所述线路板凹槽内，所述柔性线路板具有多个采集线路，多个所述采集线路分别与相应的所述连接极耳连接，用于采集温度和电压；所述柔性线路板固定在所述隔板上。
进一步地，还包括铝塑膜，所述铝塑膜包覆所述小电芯单元、柔性线路板和隔板。
另一方面，提供了一种电池包，采用如上任一项所述的一种电池电芯，包括：
箱体，所述箱体具有分隔梁、横梁、纵梁以及容纳腔，所述分隔梁将所述容纳腔分隔为第一容纳腔和第二容纳腔，所述横梁和纵梁交叉连接，将所述第二容纳腔分隔为多个电芯容纳区，所述电芯容纳区与所述纵梁连接的两侧内壁分别设置有凸槽，两侧所述凸槽间隔设置；
电池组，所述电池组设置在所述第二容纳腔内，所述电池组包括多个电池电芯，所述电池电芯设置于所述电芯容纳区内，所述电池电芯具有凹槽，所述凹槽与所述凸槽相应设置；
高压盒，所述高压盒设置于所述第一容纳腔内；
所述纵梁为中空结构，所述纵梁的空腔与所述第一容纳腔连通，所述纵梁的侧壁上设置有多个高压接口，所述高压接口分别与相应的所述高压接插件连接，所述纵梁的空腔内设置有多根高压线，所述高压线分别与所述高压接口连接，使多个所述电池电芯串联后与所述高压盒连接，从而使所述电池电芯的高压电流通过所述高压线传输到所述高压盒内。
进一步地，还包括：
控制器，所述控制器设置在所述电池电芯上，由所述电池电芯向所述控制器传输电压和温度的低压信号；
低压线，所述低压线设置于所述纵梁的空腔内，穿过所述分隔梁与所述高压盒连接；
低压接口，所述低压接口设置于所述纵梁上，所述低压接口一端与所述控制器连接，所述低压接口另一端与所述低压线连接，用于将所述低压信号从纵梁内传输到所述高压盒内。
进一步地，所述高压盒和所述电池组通过胶粘方式固定于所述容纳腔底部；所述纵梁设置有弹性缓冲垫。
进一步地，所述电芯壳体或所述横梁具有局部突出，以减少电池电芯滑入的摩擦力。
又一方面，提供了一种车辆，采用如上任一项所述的一种电池包，包括车架，所述电池包的箱体集成于所述车架上。
与现有技术相比，本发明的有益效果是：小电芯单元极耳间采用高分子焊接或其他物理连接方式连接，极耳端布置有隔板间隔相邻小电芯单元的极耳，实现绝缘防护，节约了外部串联的电连接部件，降低了部件成本和重量；柔性线路板设计有凹槽穿插在极耳间，与极耳采用锡焊或其他连接方式连接，实现电压信号的传输，与现有镍片技术方案相比，取消了镍片零件和焊接空间，提高了空间利用率，降低了部件成本和重量。电芯壳体两端设计有滑道，电芯定位和安装方式简单。电芯设计有高压接插件，与电池箱体上对接端的接插件直连；本发明电芯内部实现小电芯单元串联，信号采集，以及防护功能；本发明中固态电池电芯还设计有高压接口，可与电池箱体内高压接口实现快速连接；电池包与电动汽车车架集成，进一步实现减重以提高能量密度。
附图说明
图1为本发明实施例的电池电芯爆炸结构示意图；
图2为本发明实施例的电池电芯结构示意图；
图3为本发明实施例的图2中C位置柔性线路板和隔板连接的放大结构示意图；
图4为本发明实施例的图1中B位置放大的第一总极与小电芯单元结构连接示意图；
图5为本发明实施例的图1中A位置放大的第二中级与小电芯单元结构连接示意图；
图6为本发明实施例的上极耳和下极耳组成连接极耳以及与隔板的结构示意图；
图7为本发明实施例的电池电芯、电池包、车架及车辆结构示意图；
图8为本发明实施例的箱体结构示意图；
图9为本发明实施例的箱体的纵梁内的高压接口、高压线、低压接口和低压线连接示意图；
图10为本发明实施例的另一纵梁内的高压接口、高压线、低压接口和低压线连接示意图；
图11为本发明实施例的凸槽、凹槽以及横梁连接结构示意图；
图中：10、箱体；20、电池电芯；30、高压盒；40、控制器；50、车架；11、横梁；12、纵梁；13、分隔梁；14、第一容纳腔；15、第二容纳腔；16、电芯容纳区；17、凸槽；21、小电芯单元；22、绝缘层；23、铝塑膜；24、电芯壳体；25、高压接插件；26、柔性线路板；27、隔板；28、连接极耳；41、低压线；42、低压接口；121、高压接口；122、高压线；211、第一总极；212、第二总极；241、凹槽；281、上极耳；282、下极耳。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，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做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。
在本发明的描述中，除非另有说明，“多个”的含义是两个或两个以上；术语“上”、“下”、“左”、“右”、“内”、“外”、“前端”、“后端”、“头部”、“尾部”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”、“第三”等仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。
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“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，或一体地连接；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。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。
请参阅说明书附图，本发明提供一种技术方案：一种电池电芯，包括：小电芯单元21、绝缘层22、柔性线路板26和电芯壳体24；所述电池电芯20具有多个所述小电芯单元21；所述绝缘层22为绝缘材料，所述绝缘层22设置于相邻的所述小电芯单元21之间；所述柔性线路板26用于采集相邻的所述小电芯单元21之间的温度和电压；所述电芯壳体24具有容纳空间，所述电池电芯20设置在所述容纳空间内；所述电芯壳体24上设置有两个高压接插件25；每个所述小电芯单元21均设置有第一极和第二极，相邻两个小电芯单元21串联连接；其中，多个所述小电芯单元21中的第一个小电芯单元21的第一极形成所述电池电芯20的第一总极211，多个所述小电芯单元21中的最后一个小电芯单元21的第二极形成所述电池电芯20的第二总极212，所述第一总极211与一个所述高压接插件25连接，所述第二总极212与另一个所述高压接插件25连接。
上述实施例中，实现电芯内小电芯单元的串联，提高了电芯整体的电压，相比于现有方案电压提高后减少了电芯间串联的电连接部件并减少了电池包内的绝缘防护部件，降低了成本和电池包重量；优选地，小电芯单元21由多层极片压合而成。
可选地，还包括：多个上极耳281和多个下极耳282；所述上极耳281具有第一端和第二端；所述下极耳282具有第三端和第四端；所述连接极耳28由所述上极耳281的第二端和所述下极耳282的第四端连接形成Y型结构；所述连接极耳28设置于相邻两层所述小电芯单元21之间，所述上极耳281的第一端与上层所述小电芯单元21正极连接，所述下极耳282的第三端与下层所述小电芯单元21的负极连接。
上述实施例中，优选地，小电芯单元极耳间采用高分子焊或其它物理连接方式连接，极耳端布置有隔板间隔相邻小电芯单元的极耳，实现绝缘防护，节约了外部串联的电连接部件，降低了部件成本和重量。
可选地，还包括隔板27，所述隔板27为绝缘材料，所述隔板27间隔相邻的所述连接极耳28。
可选地，还包括柔性线路板26，所述柔性线路板26开设有多个线路板凹槽，所述接极耳28的连接端插接在所述线路板凹槽内，所述柔性线路板26具有多个采集线路，多个所述采集线路分别与相应的所述连接极耳28连接，用于采集温度和电压；所述柔性线路板26固定在所述隔板27上。
上述实施例中，性线路板设计有凹槽穿插在极耳间，与极耳采用锡焊或其他连接方式连接，实现电压信号的传输，与现有镍片技术方案相比，取消了镍片零件和焊接空间，提高了空间利用率，降低了部件成本和重量。
可选地，还包括铝塑膜23，所述铝塑膜23包覆所述小电芯单元21、柔性线路板26和隔板27。
可选地，另一方面，提供了一种电池包，采用如上任一项所述的一种电池电芯，包括：箱体10、电池组和高压盒30；所述箱体10具有分隔梁13、横梁11、纵梁12以及容纳腔，所述分隔梁13将所述容纳腔分隔为第一容纳腔14和第二容纳腔15，所述横梁11和纵梁12交叉连接，将所述第二容纳腔15分隔为多个电芯容纳区16，所述电芯容纳区16与所述纵梁12连接的两侧内壁分别设置有凸槽17，两侧所述凸槽17间隔设置；所述电池组设置在所述第二容纳腔15内，所述电池组包括多个电池电芯20，所述电池电芯20设置于所述电芯容纳区16内，所述电池电芯20具有凹槽29，所述凹槽29与所述凸槽17相应设置；所述高压盒30设置于所述第一容纳腔14内；所述纵梁12为中空结构，所述纵梁12的空腔与所述第一容纳腔14连通，所述纵梁12的侧壁上设置有多个高压接口121，所述高压接口121分别与相应的所述高压接插件25连接，所述纵梁12的空腔内设置有多根高压线122，所述高压线122分别与所述高压接口121连接，使多个所述电池电芯20串联后与所述高压盒30连接，从而使所述电池电芯20的高压电流通过所述高压线122传输到所述高压盒30内。
上述实施例中，凹槽29和凸槽17是电池电芯20两端与箱体10之间的滑道设计，电池电芯20从侧向滑入到箱体10内。电芯壳体24两侧有对应凹槽29的凹陷结构，为了便于电池电芯20装入及定位，凹槽29和凸槽17入口端可设计为大间隙配合，凹槽29和凸槽17尾部端可设计为小间隙配合。电芯壳体24或者箱体横梁11可设计为局部突出以减少电芯滑入的摩擦力。
纵梁12布置与电池电芯20对接的高压接口121，高压电流从纵梁内传输到高压盒内，相比于现有电池包是一种安装简便，集成度高的设计方案。
优选地，多个电池电芯20布置在容纳腔的底板上，与底板通过胶粘方式固定；与现有技术方案相比，操作更加方便，节省螺栓固定所占用的空间。
可选地，还包括：控制器40、低压线41和低压接口42；所述控制器40设置在所述电池电芯20上，由所述电池电芯20向所述控制器40传输电压和温度的低压信号；所述低压线41设置于所述纵梁12的空腔内，穿过所述分隔梁与所述高压盒30连接；所述低压接口42设置于所述纵梁12上，所述低压接口42一端与所述控制器40连接，所述低压接口42另一端与所述低压线41连接，用于将所述低压信号从纵梁12内传输到所述高压盒30内。
上述实施例中，纵梁12上布置有与控制器40对接的低压接口42，低压信号从纵梁12内传输到高压盒30内，与现有技术方案相比，线束布置在纵梁12内，更好的保护了低压线束和高压线束，提高了电池包的装配速度。
可选地，所述高压盒30和所述电池组通过胶粘方式固定于所述容纳腔底部；所述纵梁12设置有弹性缓冲垫18。
上述实施例中，箱体10纵梁12上粘接有弹性缓冲垫18，在电池电芯20装配过程中起到限位和缓冲作用。
可选地，所述电芯壳体24或所述横梁11具有局部突出，以减少电池电芯20滑入的摩擦力。
又一方面，提供了一种车辆，采用如上任一项所述的一种电池包，包括车架50，所述电池包的箱体10集成于所述车架50上。
尽管已经示出和描述了本发明的实施例，对于本领域的普通技术人员而言，可以理解在不脱离本发明的原理和精神的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本发明的范围由所附权利要求及其等同物限定。

Claims (10)

1.一种电池电芯，其特征在于，包括：
小电芯单元(21)，所述电池电芯(20)具有多个所述小电芯单元(21)；
绝缘层(22)，所述绝缘层(22)为绝缘材料，所述绝缘层(22)设置于相邻的所述小电芯单元(21)之间；
柔性线路板(26)，用于采集相邻的所述小电芯单元(21)之间的温度和电压；
电芯壳体(24)，所述电芯壳体(24)具有容纳空间，所述电池电芯(20)设置在所述容纳空间内；所述电芯壳体(24)上设置有两个高压接插件(25)；
每个所述小电芯单元(21)均具有第一极和第二极，相邻两个小电芯单元(21)串联连接；其中，多个所述小电芯单元(21)中的第一个小电芯单元(21)的第一极形成所述电池电芯(20)的第一总极(211)，多个所述小电芯单元(21)中的最后一个小电芯单元(21)的第二极形成所述电池电芯(20)的第二总极(212)，所述第一总极(211)与一个所述高压接插件(25)连接，所述第二总极(212)与另一个所述高压接插件(25)连接。
2.根据权利要求1所述的一种电池电芯，其特征在于，还包括：
多个上极耳(281)，所述上极耳(281)具有第一端和第二端；
多个下极耳(282)，所述下极耳(282)具有第三端和第四端；
多个连接极耳(28)，所述连接极耳(28)由所述上极耳(281)的第二端和所述下极耳(282)的第四端连接形成Y型结构；
所述连接极耳(28)设置于相邻两层所述小电芯单元(21)之间，所述上极耳(281)的第一端与上层所述小电芯单元(21)正极连接，所述下极耳(282)的第三端与下层所述小电芯单元(21)的负极连接。
3.根据权利要求2所述的一种电池电芯，其特征在于，还包括隔板(27)，所述隔板(27)为绝缘材料，所述隔板(27)间隔相邻的所述连接极耳(28)。
4.根据权利要求3所述的一种电池电芯，其特征在于，还包括柔性线路板(26)，所述柔性线路板(26)开设有多个线路板凹槽，所述接极耳(28)的连接端插接在所述线路板凹槽内，所述柔性线路板(26)具有多个采集线路，多个所述采集线路分别与相应的所述连接极耳(28)采用锡焊连接，用于采集温度和电压；所述柔性线路板(26)固定在所述隔板(27)上。
5.根据权利要求3所述的一种电池电芯，其特征在于，还包括铝塑膜(23)，所述铝塑膜(23)包覆所述小电芯单元(21)、柔性线路板(26)和隔板(27)。
6.一种电池包，采用如上权利要求1至5中任一项所述的一种电池电芯，其特征在于，包括：
箱体(10)，所述箱体(10)具有分隔梁(13)、横梁(11)、纵梁(12)以及容纳腔，所述分隔梁(13)将所述容纳腔分隔为第一容纳腔(14)和第二容纳腔(15)，所述横梁(11)和纵梁(12)交叉连接，将所述第二容纳腔(15)分隔为多个电芯容纳区(16)，所述电芯容纳区(16)与所述纵梁(12)连接的两侧内壁分别设置有凸槽(17)，两侧所述凸槽(17)间隔设置；
电池组，所述电池组设置在所述第二容纳腔(15)内，所述电池组包括多个电池电芯(20)，所述电池电芯(20)设置于所述电芯容纳区(16)内，所述电池电芯(20)具有凹槽(29)，所述凹槽(29)与所述凸槽(17)相应设置；
高压盒(30)，所述高压盒(30)设置于所述第一容纳腔(14)内；
所述纵梁(12)为中空结构，所述纵梁(12)的空腔与所述第一容纳腔(14)连通，所述纵梁(12)的侧壁上设置有多个高压接口(121)，所述高压接口(121)分别与相应的所述高压接插件(25)连接，所述纵梁(12)的空腔内设置有多根高压线(122)，所述高压线(122)分别与所述高压接口(121)连接，使多个所述电池电芯(20)串联后与所述高压盒(30)连接，从而使所述电池电芯(20)的高压电流通过所述高压线(122)传输到所述高压盒(30)内。
7.根据权利要求6所述的一种电池包，其特征在于，还包括：
控制器(40)，所述控制器(40)设置在所述电池电芯(20)上，由所述电池电芯(20)向所述控制器(40)传输电压和温度的低压信号；
低压线(41)，所述低压线(41)设置于所述纵梁(12)的空腔内，穿过所述分隔梁与所述高压盒(30)连接；
低压接口(42)，所述低压接口(42)设置于所述纵梁(12)上，所述低压接口(42)一端与所述控制器(40)连接，所述低压接口(42)另一端与所述低压线(41)连接，用于将所述低压信号从纵梁(12)内传输到所述高压盒(30)内。
8.根据权利要求6所述的一种电池包，其特征在于，所述高压盒(30)和所述电池组通过胶粘方式固定于所述容纳腔底部；所述纵梁(12)设置有弹性缓冲垫(18)。
9.根据权利要求6所述的一种电池包，其特征在于，所述电芯壳体(24)或所述横梁(11)具有局部突出，以减少电池电芯(20)滑入的摩擦力。
10.一种车辆，采用如上权利要求6至9中任一项所述的一种电池包，其特征在于，包括车架(50)，所述电池包的箱体(10)集成于所述车架(50)上。
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