CN115051074B - 电池包及制作工艺 - Google Patents

Abstract

本发明提出了一种电池包及制作工艺，属于锂离子电池领域。通过在冷却板与方形电芯的接触面上设置有预变形凹坑，并在预变形凹坑内填充导热胶，在电芯膨胀体积时，导热胶受到挤压变形，为躺平放置的电芯提供膨胀体积；在正常工况下，导热胶起到导热作用，保持电芯和冷却板之间的高效热传导；预变形凹坑对应方形电芯表面中间位置较深，且靠近方形电芯表面边缘位置线性变浅，使得预变形凹坑形状与方形电芯表面凹陷程度尽量一致，能进一步节省冷却板占用的体积空间，提高能量密度，同时冷却板又能对方形电芯底面或者顶面上的两条侧棱提供稳定的支撑。

Description

电池包及制作工艺

技术领域

本发明涉及电池包领域，尤其涉及一种电池包及制作工艺。

背景技术

目前，对于电动汽车用电芯，主要有圆柱形、方形硬壳和方形软包三种主流结构。其中，对于方形硬壳和方形软包结构的电芯，一般采用竖直排列的方式成组，并在电池组底部设置液冷装置。竖直排列的方式成组存在以下缺陷：（1）竖放电芯时液冷装置与电芯接触面积较小，冷却效率不高；（2）电芯竖放时，高度受整车离地间隙限制，因此高度不易拓展，而单纯增加电芯厚度又会造成电芯内阻增大。

针对以上问题，现有技术中，也有揭示将电芯平躺放置的，例如专利CN209447945U就揭示了这样一种电池包，将电芯平躺放置，冷却板位于电池模块的沿竖直方向的一侧，并且在冷却板和箱体之间设置了缓冲构件，因此可以利用电芯对缓冲构件施加最大的膨胀力，以使缓冲构件同时贴紧冷却板和箱体，从而增加散热面积以提高冷却板的散热效果。

采用以上躺平放置的电芯，因为上一层电芯压着下一层电芯，因此当电芯发生膨胀时，膨胀将无处释放。电芯膨胀力会给电芯和模组带来危害，对于电芯，其内部压力变大，电芯的寿命和性能会衰减；对于模组，如果膨胀控制不当，会造成模组尺寸超差，甚至破坏结构框架。

据发明人观察，对于方形硬壳和方形软包电芯，无论内部裸电芯是卷绕结构或者是叠片结构，其膨胀方向主要是沿着极片厚度方向，即电芯厚度方向，且呈明显的中间膨胀突出明显、边缘部分膨胀线性减弱的特点。针对以上发现，可以考虑对现有的躺平放置的电池包进行结构设计，方便缓冲电芯膨胀体积，同时节省体积空间，提高能量密度。

发明内容

有鉴于此，本发明提出了一种电池包及制作工艺，能缓冲躺平放置的电芯膨胀体积，同时节省体积空间，提高能量密度。

本发明的技术方案是这样实现的：本发明提供了一种电池包，其包括若干个方形电芯和若干冷却板，其中，方形电芯厚度方向朝上设置，多个方形电芯沿水平面并排排列，且上下相邻的两排方形电芯之间设置有一冷却板；

还包括导热胶，所述冷却板与方形电芯的接触面上设置有预变形凹坑；导热胶填充在预变形凹坑内且分别与方形电芯和冷却板粘接。

在以上技术方案的基础上，优选的，所述预变形凹坑对应方形电芯表面中间位置较深，且靠近方形电芯表面边缘位置线性变浅。

进一步优选的，所述冷却板上设置有承力区和液冷区，其中，

承力区，设置于两侧，且支撑方形电芯底面或者顶面上的两条侧棱；

液冷区，设置于中间，正对方形电芯表面中间位置设置，供通入冷却液。

更进一步优选的，所述冷却板上设置有承力区、风冷区和液冷区，其中，风冷区，设置于承力区和液冷区之间，供通入冷却风。

再更进一步优选的，所述冷却板包括冷却板本体、前盖和后盖，承力区、风冷区和液冷区设置于冷却板本体上，前盖和后盖分别设置于冷却板本体前后两侧，前盖和后盖上分别设置有冷却液接口、冷却风接口和通风口，冷却液接口与液冷区连通，冷却风接口与风冷区连通，承力区和通风口连通。

更进一步优选的，所述承力区呈镂空结构，且内横截面呈六边形。

再更进一步优选的，所述风冷区和液冷区之间、以及液冷区和液冷区之间由“工”字梁隔断，“工”字梁与冷却板本体一体成型。

在以上技术方案的基础上，上下相邻的两排方形电芯，各个方形电芯在上下方向正对设置。

在以上技术方案的基础上，所述方形电芯为方形硬壳锂离子电芯或者方形软包锂离子电芯，内置卷绕结构的裸电芯或者叠片结构的裸电芯。

第二方面，本发明提供了本发明第一方面所述的电池包的制备方法，包括以下步骤，

S1，将方形电芯按照充放电循环寿命进行充放电测试，测量充放电测试后方形电芯厚度方向的表面膨胀形变量；

S2，方形电芯厚度方向的表面膨胀形变量即为预变形凹坑的设计尺寸。

本发明的电池包及制作工艺相对于现有技术具有以下有益效果：

（1）通过在冷却板与方形电芯的接触面上设置有预变形凹坑，并在预变形凹坑内填充导热胶，在电芯膨胀体积时，导热胶受到挤压变形，为躺平放置的电芯提供膨胀体积；在正常工况下，导热胶起到导热作用，保持电芯和冷却板之间的高效热传导；此外，预变形凹坑的设计可以增大电芯的循环寿命，同时不破坏模组的结构；

（2）预变形凹坑对应方形电芯表面中间位置较深，且靠近方形电芯表面边缘位置线性变浅，使得预变形凹坑形状与方形电芯表面凹陷程度尽量一致，能进一步节省冷却板占用的体积空间，提高能量密度，同时冷却板又能对方形电芯底面或者顶面上的两条侧棱提供稳定的支撑；

（3）承力区，设置于两侧，起到稳定支撑方形电芯的作用，镂空的六边形内横截面使之具备重量轻且强度高的优点，同时可以起到通风散热的作用；风冷区，对应电芯两侧发热较少的部位设置，不需要冷却介质，可以在不增加重量的情况下满足冷却要求；

（4）设置“工”字梁隔断，当电芯膨胀时，“工”字结构最薄弱处被压缩，待最薄弱处被压缩到极限时，风冷区和液冷区厚度也到达极限，此时还可以容许流体通过。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明的电池包的立体图；

图2为本发明的电池包的部分结构拆解图；

图3为本发明的电池包的导热胶的结构示意图；

图4为本发明的电池包的冷却板本体的侧视图；

图5为本发明的电池包膨胀后的结构示意图；

图6为本发明进行预变形凹坑设计过程中方形电芯膨胀前后的示意图。

具体实施方式

下面将结合本发明实施方式，对本发明实施方式中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施方式仅仅是本发明一部分实施方式，而不是全部的实施方式。基于本发明中的实施方式，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方式，都属于本发明保护的范围。

如图1所示，本发明的电池包，其包括方形电芯1、冷却板2和导热胶3。

其中，方形电芯1，可以采用现有的方形硬壳锂离子电芯或者方形软包锂离子电芯；其内置裸电芯，可以采用现有的卷绕结构的裸电芯或者叠片结构的裸电芯。其中，方形电芯1厚度方向，指的是叠片结构的内置裸电芯的极片厚度方向或者卷绕结构的内置裸电芯的平行排列的极片厚度方向，以上方向是方形电芯1发生膨胀时的主要变形方向。方形电芯1厚度方向朝上设置，即采用平躺式的设计；多个方形电芯1沿水平面并排排列，从而在水平方向铺展开，并形成电池包。

作为一种可选实施方式，上下相邻的两排方形电芯1，各个方形电芯1在上下方向正对设置。

冷却板2，对方形电芯1起到冷却作用。上下相邻的两排方形电芯1之间设置有一冷却板2，通过风冷或者液冷的方式，对方形电芯1进行降温冷却。现有的冷却板2表面一般为平直面，通过导热胶与方形电芯1粘接固定，对于站立放置的电芯，由于其高度方向膨胀不大，倒不会有太大影响；但是对于本发明的平躺式的设计，当方形电芯1发生膨胀时，厚度方向会发生较大的体积膨胀，从而剧烈挤压冷却板2，导致变形或者损坏。

针对以上问题，本发明采用的方案为：所述冷却板2与方形电芯1的接触面上设置有预变形凹坑20；导热胶3填充在预变形凹坑20内且分别与方形电芯1和冷却板2粘接。如此，如图5所示，当方形电芯1体积膨胀时，导热胶3受到挤压变形，为躺平放置的方形电芯1提供膨胀空间；在正常工况下，导热胶3起到导热作用，保持方形电芯1和冷却板2之间的高效热传导。具体的，所述导热胶3为聚氨酯组分的结构胶。

因为方形电芯1发生膨胀时往往是中部最剧烈和明显，为了更加有效吸收方形电芯1膨胀的体积，并尽量节省空间，所述预变形凹坑20对应方形电芯1表面中间位置较深，且靠近方形电芯1表面边缘位置线性变浅。如此，使得预变形凹坑20形状与方形电芯1表面凹陷程度尽量一致，能进一步节省冷却板2占用的体积空间，提高能量密度，同时冷却板2又能对方形电芯1底面或者顶面上的两条侧棱提供稳定的支撑。

具体的，所述导热胶3也可以采用类似的设计思路，如图3，其结构形式为两端薄，中间厚的设计，从而与变形凹坑20形状适应。

为了使预变形凹坑20形状与方形电芯1表面凹陷程度尽量一致，可采用以下方式设计预变形凹坑20：

S1，将方形电芯1按照充放电循环寿命进行充放电测试，测量充放电测试后方形电芯1厚度方向的表面膨胀形变量；

S2，方形电芯1厚度方向的表面膨胀形变量即为预变形凹坑20的设计尺寸。

具体的，以尺寸为27*300*112mm的方壳电芯为例：

首先，如图6所示，在方形电芯1表面按照矩阵排布均匀选取10~20个点；

然后，对以上方形电芯1按照其循环寿命在1C倍率下充放电2500次，最后测量以上10~20个点在厚度方向膨胀变化值，即可得到关于预变形凹坑20的近似三维形状。

所述冷却板2一方面，支撑方形电芯1；另一方面，冷却方形电芯1。因此，如图4，其对应设置有承力区211和液冷区213，其中，

承力区211，设置于两侧，且支撑方形电芯1底面或者顶面上的两条侧棱。方形电芯1的重量主要由承力区211承受。具体的，所述方形电芯1底面或者顶面上的两条侧棱与承力区211可以直接接触，也可以涂抹一层薄薄的导热胶3，因为方形电芯1两条侧棱处几乎不发生膨胀，涂抹导热胶3，主要起改善热传导作用。

具体的，为了减轻重量并提高强度，所述承力区211呈镂空结构，且内横截面呈六边形。上面的电芯主要受力区域在六变形截面区域，而六边形截面区域压在下面电芯的最外层方壳上，这样电芯内部受力最小，主要受力的区域为电芯方壳。实际上所述承力区211设计成镂空结构，且内横截面呈六边形，也可以作为风冷结构，通风散热。

液冷区213，设置于中间，正对方形电芯1表面中间位置设置，供通入冷却液。液冷区213由方形流道组成，为方形电芯1提供热交换。

考虑到方形电芯1两侧发热较少，风冷即可满足要求，且风冷不需要冷却介质，可提高整体能量密度，因此，作为一种优选实施方式，本发明冷却板2上设置有连续的承力区211、风冷区212和液冷区213，其中，风冷区212，设置于承力区211和液冷区213之间，供通入冷却风。

作为冷却板2的一种可选实施方式，其包括冷却板本体21、前盖22和后盖23，承力区211、风冷区212和液冷区213设置于冷却板本体21上，前盖22和后盖23分别设置于冷却板本体21前后两侧，前盖22和后盖23上分别设置有冷却液接口2011、冷却风接口202和通风口203，冷却液接口201与液冷区213连通，冷却风接口202与风冷区212连通，承力区211和通风口203连通。如此，可通过冷却液接口2011通入循环冷却液，进行冷却；通过冷却风接口202，吹冷风进行散热；或者通过通风口203吹风，进行散热。具体的，前盖22和后盖23起密封作用，一般为铸铝材质，通过激光焊接与冷却板本体21连接。

作为一种优选实施方式，所述风冷区212和液冷区213之间、以及液冷区213和液冷区213之间由“工”字梁24隔断，“工”字梁24与冷却板本体21一体成型。当方形电芯1膨胀时，“工”字梁24最薄弱处被压缩，待最薄弱处被压缩到极限时，液冷区213厚度也到达极限，此时还可以容许流体通过。

本发明的电池包的制备方法，包括以下步骤：

首先，设计预变形凹坑20；

然后，在预变形凹坑20内涂满导热胶3，再将方形电芯1与导热胶3粘接固定。

以上所述仅为本发明的较佳实施方式而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (9)

1.一种电池包的制备方法，所述电池包包括若干个方形电芯（1）和若干冷却板（2），其中，方形电芯（1）厚度方向朝上设置，多个方形电芯（1）沿水平面并排排列，且上下相邻的两排方形电芯（1）之间设置有一冷却板（2）；

其特征在于：还包括导热胶（3），所述冷却板（2）与方形电芯（1）的接触面上设置有预变形凹坑（20）；导热胶（3）填充在预变形凹坑（20）内且分别与方形电芯（1）和冷却板（2）粘接；

所述电池包的制备方法包括以下步骤，

S1，将方形电芯（1）按照充放电循环寿命进行充放电测试，测量充放电测试后方形电芯（1）厚度方向的表面膨胀形变量；

S2，方形电芯（1）厚度方向的表面膨胀形变量即为预变形凹坑（20）的设计尺寸。

2.如权利要求1所述的电池包的制备方法，其特征在于：所述预变形凹坑（20）对应方形电芯（1）表面中间位置较深，且靠近方形电芯（1）表面边缘位置线性变浅。

3.如权利要求2所述的电池包的制备方法，其特征在于：所述冷却板（2）上设置有承力区（211）和液冷区（213），其中，

承力区（211），设置于两侧，且支撑方形电芯（1）底面或者顶面上的两条侧棱；

液冷区（213），设置于中间，正对方形电芯（1）表面中间位置设置，供通入冷却液。

4.如权利要求3所述的电池包的制备方法，其特征在于：所述冷却板（2）上设置有承力区（211）、风冷区（212）和液冷区（213），其中，风冷区（212），设置于承力区（211）和液冷区（213）之间，供通入冷却风。

5.如权利要求4所述的电池包的制备方法，其特征在于：所述冷却板（2）包括冷却板本体（21）、前盖（22）和后盖（23），承力区（211）、风冷区（212）和液冷区（213）设置于冷却板本体（21）上，前盖（22）和后盖（23）分别设置于冷却板本体（21）前后两侧，前盖（22）和后盖（23）上分别设置有冷却液接口（201）、冷却风接口（202）和通风口（203），冷却液接口（201）与液冷区（213）连通，冷却风接口（202）与风冷区（212）连通，承力区（211）和通风口（203）连通。

6.如权利要求3所述的电池包的制备方法，其特征在于：所述承力区（211）呈镂空结构，且内横截面呈六边形。

7.如权利要求4所述的电池包的制备方法，其特征在于：所述风冷区（212）和液冷区（213）之间、以及液冷区（213）和液冷区（213）之间由“工”字梁（24）隔断，“工”字梁（24）与冷却板本体（21）一体成型。

8.如权利要求1所述的电池包的制备方法，其特征在于：上下相邻的两排方形电芯（1），各个方形电芯（1）在上下方向正对设置。

9.如权利要求1所述的电池包的制备方法，其特征在于：所述方形电芯（1）为方形硬壳锂离子电芯或者方形软包锂离子电芯，内置卷绕结构的裸电芯或者叠片结构的裸电芯。

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