CN115241592A - 固态电池模组 - Google Patents

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卢雨龙
张新宾
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Abstract

本发明公开了一种固态电池模组，包括下箱体、端板、上盖板、电池组和弹性限位机构；下箱体和端板围设形成容纳腔；上盖板与端板顶部端面连接；电池组设置在容纳腔中，电池组包括多个电芯，弹性限位机构与电池组的上表面连接或抵接，弹性限位机构与上盖板下表面连接或抵接；弹性限位机构通过弹力作用将电池组限位在弹性限位机构和下箱体之间；本发明解决固态电池电芯成组后电芯间压力低，回弹速度慢等问题，保证电池在整个生命周期循环过程中都有较高的压力；加热膜可在低温环境下加热电芯，箱体内填充空气和/或隔热物质，使电芯在合适的温度区间内工作；该电池模组集成从控制器，从控制器与加热膜及柔性电路板集成，模组集成程度高。

Description

固态电池模组
技术领域
本发明涉及新能源汽车电池设计技术领域，尤其涉及一种固态电池模组。
背景技术
随着全球能源危机和环境污染问题的日益严重，新能源汽车得到快速发展。新能源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。随着新能源汽车动力电池技术的日益成熟与发展，新能源汽车必将成为未来汽车工业发展的主要趋势。
新能源汽车中目前配置的电芯主要是以液态电解液电芯为主，电解液在高温下会产生大量气体，严重时会引发起火、爆炸等安全问题，固态电芯因不使用液态电解液降低了使用风险，同时具有高能量密度和长循环寿命等优点，目前现有固态电池电芯在较高的温度区间内有良好的放电特性，在0℃以下放电容量较低。同时，固态电池电芯在较高的压力区间内循环，会提高使用寿命。因此，固态电池电芯在成组后，模组需要具备加热、保温以及高压力等功能。现有模组技术方案中，电芯间通过弹性介质调节压力并提供循环膨胀间隙，弹力较小，回弹速度较慢，长时间使用有老化风险高，平衡工作温度及压力特性是需要解决的问题。
发明内容
本发明的目的在于提供一种固态电池模组，使用弹簧与弹性介质结合，通过多组弹簧提高反弹力，通过设计限位结构降低压溃风险，保证电池在整个生命周期循环过程中都有较高的压力，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：一种固态电池模组，包括：
箱体，所述箱体包括上盖板、下箱体和端板，所述下箱体和端板围设形成容纳腔，所述上盖板与端板顶部端面连接；
电池组，所述电池组设置在容纳腔中，所述电池组包括多个电芯，所述电池组的下底面与所述下箱体连接或抵接；
弹性限位机构，所述弹性限位机构与电池组的上表面连接或抵接，所述弹性限位机构与上盖板下表面连接或抵接；所述弹性限位机构通过弹力作用将所述电池组限位在所述弹性限位机构和所述下箱体之间，使电池组始终处于一定压力范围。
进一步地，所述端板包括：两个支撑柱、连接板和汇流排；所述连接板分别与两个所述支撑柱连接，所述汇流排与所述连接板连接，所述连接板开设有通槽，所述电芯具有极耳，所述极耳穿过所述通槽与所述汇流排连接。
进一步地，进一步地，还包括金属嵌件，所述支撑柱设置有通孔，所述金属嵌件镶嵌在所述通孔内；所述上盖板与所述支撑柱顶部端面连接。
进一步地，所述弹性限位机构包括弹性件和限位底座；所述限位底座的下表面与电池组的上表面连接或抵接，所述限位底座的上表面与弹性件连接，所述弹性件与所述上盖板的内表面连接或抵接。
进一步地，所述限位底座设置有卡接件，所述卡接件设置有卡槽，所述弹性件为弧形弹片，所述弧形弹片两个端部设置有卡边，所述卡槽和卡边相应设置。
进一步地，所述下箱体包括底板和两个侧壁，两个所述侧壁分别与底板连接，两个所述侧壁间隔设置，所述限位底座分别与所述连接板以及侧壁的顶部端面具有抵接位置和分离位置，所述电池组未膨胀时，所述限位底座分别与所述连接板和侧壁处于抵接位置，所述电池组膨胀时，所述限位底座分别与所述连接板和侧壁处于分离位置，所述弹性限位机构与所述上盖板的下底面刚性接触时，达到最大分离位置。
进一步地，还包括隔热垫，所述隔热垫设置于电池组的上表面与弹性限位机构之间，以及电池组的下表面与下箱体之间。
进一步地，还包括：
从控器总成；
加热膜，所述加热膜分别与从控器总成和电池组连接所述加热膜设置于所述电池组和所述侧壁之间；
采样模块，所述采样模块分别与加热膜和电芯连接，所述采样模块与所述从控器总成连接；
进一步地，还包括采样线路板，所述从控器总集成有从控器电路板，所述采样模块集成在所述采样线路板上，所述采样线路板与所述从控器电路板连接，所述采样线路板与所述加热膜连接。
进一步地，所述箱体还包括端盖，所述端盖设置有支撑座，所述支撑座设置有支杆孔，所述下箱体设置有下箱支撑沿，所述下箱支撑沿设置有支杆，所述支杆穿设在所述支杆孔中，所述端板设置有凸块，所述凸块开设有螺纹孔，所述端盖设置有连接槽，所述端盖由穿过所述连接槽旋入所述螺纹孔的螺栓固定在所述端板上，所述端盖与汇流排间隔设置且绝缘。
与现有技术相比，本发明的有益效果是：本发明提供一种固态电池电芯模组，拟解决固态电池电芯成组后电芯间压力低，回弹速度慢等问题，并使电芯在合适的温度区间内工作；模组内布置有加热膜可在低温环境下加热电芯；模组框架与电芯间，模组底部与箱体间填充空气或隔热物质，模组内沿着电芯厚度方向布置有弹簧组，保证电池在整个生命周期循环过程中都有较高的压力；该电池模组集成从控制器，从控制器与加热膜及柔性电路板集成，模组集成程度高。
附图说明
图1为本发明实施例中固态电池模组结构爆炸示意图；
图2为本发明实施例中电池组结构示意图；
图3为本发明实施例中限位底座和弹性件结构连接剖视图；
图4为本发明实施例中电芯未膨胀时限位底座分别与连接板和侧板抵接结构示意图；
图5为本发明实施例中固态电池模组内部结构连接示意图；
图6为本发明实施例中固态电池模组外部结构连接示意图；
图7为本发明实施例中端板结构示意图；
图8为本发明实施例中端盖结构示意图；
图9为本发明实施例中下箱体结构示意图；
图中：100、箱体；200、电池组；300、弹性限位机构；400、隔热垫；500、从控器总成；600、加热膜；700、采样线路板；110、上盖板；120、下箱体；130、端板；140、端盖；210、电芯；310、弹性件；320、限位底座；121、底板；122、侧壁；123、下箱支撑沿；131、支撑柱；132、连接板；133、汇流排；134、金属嵌件；135、凸块；141、支撑座；142、连接槽；211、极耳；311、卡边；321、卡接件；322、凸起结构；1231、支杆；1311、通孔；1321、通槽；1351、螺纹孔；1411、支杆孔；3211、卡槽。
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，或一体的连接；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：一种固态电池模组，包括：
箱体100，所述箱体100包括上盖板110、下箱体120和端板130，所述下箱体120和端板130围设形成容纳腔；所述上盖板110与端板130顶部端面连接；
电池组200，所述电池组200设置在容纳腔中，所述电池组200包括多个电芯210，所述电池组200的下底面与所述下箱体120连接或抵接；
弹性限位机构300，所述弹性限位机构300与电池组200的上表面连接或抵接，所述弹性限位机构300与上盖板110下表面连接或抵接；所述弹性限位机构300通过弹力作用将所述电池组200限位在所述弹性限位机构300和所述下箱体120之间，使电池组200始终处于一定压力范围。
上述实施例中，效果为由于电芯210为全固态电池，区别于液态锂电池全固态电池在充放电循环过程中需要在电芯厚度方向上施加持续性的较大的压力，本发明中模组内对电芯210的预紧力变化响应速度快在电芯210充放电循环过程中电芯210体积涨缩，通过弹性限位机构300的弹性力持续为电芯210提供大面压力，通过限位机构控制压力工作范围，提高电芯210的循环寿命和充、放电性能。
可选地，所述端板130包括：两个支撑柱131、连接板132和汇流排133；所述连接板132分别与两个所述支撑柱131连接，所述汇流排133与所述连接板132连接，所述连接板132开设有通槽1321，所述电芯210具有极耳211，所述极耳211穿过所述通槽1321与所述汇流排133连接。
上述实施例中，所述端板130的两个支撑柱131与连接板132为非金属材质，不具备导电能力，极耳211两端套入通槽1321，极耳211与汇流排133焊接。
可选地，还包括金属嵌件134，所述支撑柱131设置有通孔1311，所述金属嵌件134镶嵌在所述通孔1311内；所述上盖板110与所述支撑柱131顶部端面连接。
可选地，所述弹性限位机构300包括弹性件310和限位底座320；所述限位底座320的下表面与电池组200的上表面连接或抵接，所述限位底座320的上表面与弹性件310连接，所述弹性件310与所述上盖板110的内表面连接或抵接。
所述限位底座320为非金属材料或其他具有一定强度要求导热能力差的材料，在本发明中主要作用为固定弹性件310，使用低导热性材料降低了电芯210向空气的传热速率。
可选地，所述限位底座320设置有卡接件321，所述卡接件321设置有卡槽3211，所述弹性件310为弧形弹片；所述弹性件310两个端部设置有卡边311，所述卡槽3211和卡边311相应设置。
上述实施例中，所述弹性件310为弧形弹片，优选翼型弹簧，也可为其他形状可为Z向提供弹性力的弹簧所述弹性件310选型需要结合电芯210循环最优压力区间、膨胀力值及呼吸膨胀距离选取。
可选地，所述下箱体120包括底板121和两个侧壁122，两个所述侧壁122分别与底板121连接，两个所述侧壁122间隔设置，所述限位底座320分别与所述连接板132以及侧壁122的顶部端面具有抵接位置和分离位置，所述电池组200未膨胀时，所述限位底座320分别与所述连接板132和侧壁122处于抵接位置，所述电池组200膨胀时，所述限位底座320分别与所述连接板132和侧壁122处于分离位置，所述弹性限位机构300与所述上盖板110的下底面刚性接触时，达到最大分离位置。
可选地，还包括隔热垫400，所述隔热垫400设置于电池组200的上表面与弹性限位机构300之间，以及电池组200的下表面与下箱体120之间。
上述实施例中，所述限位底座320上表面还设置有凸起结构322，限制其向上移动的距离，进一步限制了限位底座320的高度位移；限位底座320、端板130的连接板的顶部端面、上盖板110以及下箱体120的侧壁顶部端面构成弹簧限位空间。电芯210膨胀后，厚度方向上尺寸增大，弹性件310受到压缩，膨胀力逐渐增大，弹性件310尺寸减小达到限位底座320与上盖板110刚性接触，限制限位底座320移动，达到限位作用；电芯210充电后，体积沿厚度方向膨胀，膨胀过程中压缩弹性件310的高度，弹性件310压缩后由于在高度方向上的限位结构，弹性件310产生较大的弹性力反作用于限位底座320后传递给隔热垫400以及电芯210，使电芯210大面处于较大的压力下；一方面，电芯210放电后，体积沿厚度方向萎缩，弹性件310释放弹性力，通过限位底座320及时传递给电芯210及隔热垫400，保证电芯210始终处于一定压力范围内。进一步的限位空间中大部分填充空气可以降低电芯210向空气的传热速率。
优选地，隔热垫400粘接于电池组200的上表面与弹性限位机构300之间，以及电池组200的下表面与下箱体120之间。
可选地，还包括：
从控器总成500，所述从控总成500设置于所述上盖板110的上表面；
加热膜600，所述加热膜600分别与从控器总成500和电池组200连接，所述加热膜600与所述电池组200的侧面连接，并和所述侧壁122间隔设置；
采样模块，所述采样模块分别与加热膜600和电芯210连接，所述采样模块与所述从控器总成500连接。
上述实施例中，电芯210与加热膜600粘接，加热膜600对电芯210可以进行加热。加热膜600与下箱体120间无直接接触，由空气填充间隙间隔；电芯210厚度方向上，粘接隔热垫400及限位底座320及弹性件310，只有弹性件310与上盖板110有线接触；因此在低温环境下加热膜600可以对电芯210进行加热，使电芯210温度保持在合适的循环条件。电芯210的六个面通过对传热路径的优化，结合隔热材料，极大减缓了与外界的热交换速率，实现良好的保温性能。
可选地，还包括采样线路板700，所述从控器总成500集成有从控器电路板，所述采样模块集成在所述采样线路板700上，所述采样线路板700与所述从控器电路板连接，所述采样线路板700与所述加热膜600连接。
上述实施例中，模组内集成从控器总成500，从控器总成500与加热膜600及柔性电路板集成，从控器总成500具有采集电芯电压、温度功能。可以通过从控制器电源模块控制加热膜600加热，并能监控电芯210及加热膜600温度，进一步的能及时调节加热膜600温度。减少了连接加热膜600以及采样线路板700的低压线束和接插件，提高了空间利用率并节约了成本。
优选地，加热膜600与采样线路板700通过线路焊接在从控器电路板上，控制加热膜600的温度变化，采集电芯电压及加热膜与电芯的温度。
可选地，所述箱体100还包括端盖140，所述端盖140设置有支撑座141，所述支撑座141设置有支杆孔1411，所述下箱体120设置有下箱支撑沿123，所述下箱支撑沿123设置有支杆1231，所述支杆1231穿设在所述支杆孔1411中，所述端板130设置有凸块135，所述凸块135开设有螺纹孔1351，所述端盖140设置有连接槽142，所述端盖140由穿过所述连接槽142旋入所述螺纹孔1351的螺栓固定在所述端板130上，所述端盖140与汇流排133间隔设置，且相互绝缘。
端板130本身为非金属材质，汇流排133与端盖140间无直接接触，固态电池模组前后两端上卡接的端盖140绝缘保护模组高压部件，并且防止触电风险。
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)

1.一种固态电池模组，其特征在于，包括：
箱体(100)，所述箱体(100)包括上盖板(110)、下箱体(120)和端板(130)，所述下箱体(120)和端板(130)围设形成容纳腔；所述上盖板(110)与端板(130)顶部端面连接；
电池组(200)，所述电池组(200)设置在容纳腔中，所述电池组(200)包括多个电芯(210)，所述电池组(200)的下底面与所述下箱体(120)连接或抵接；
弹性限位机构(300)，所述弹性限位机构(300)与电池组(200)的上表面连接或抵接，所述弹性限位机构(300)与上盖板(110)下表面连接或抵接；所述弹性限位机构(300)通过弹力作用将所述电池组(200)限位在所述弹性限位机构(300)和所述下箱体(120)之间，使电池组(200)始终处于一定压力范围。
2.根据权利要求1所述的一种固态电池模组，其特征在于，所述端板(130)包括：两个支撑柱(131)、连接板(132)和汇流排(133)；所述连接板(132)分别与两个所述支撑柱(131)连接，所述汇流排(133)与所述连接板(132)连接，所述连接板(132)开设有通槽(1321)，所述电芯(210)具有极耳(211)，所述极耳(211)穿过所述通槽(1321)与所述汇流排(133)连接。
3.根据权利要求2所述的一种固态电池模组，其特征在于，还包括金属嵌件(134)，所述支撑柱(131)设置有通孔(1311)，所述金属嵌件(134)镶嵌在所述通孔(1311)内；所述上盖板(110)与所述支撑柱(131)顶部端面连接。
4.根据权利要求3所述的一种固态电池模组，其特征在于，所述弹性限位机构(300)包括弹性件(310)和限位底座(320)；所述限位底座(320)的下表面与电池组(200)的上表面连接或抵接，所述限位底座(320)的上表面与弹性件(310)连接，所述弹性件(310)与所述上盖板(110)的内表面连接或抵接。
5.根据权利要求4所述的一种固态电池模组，其特征在于，所述限位底座(320)设置有卡接件(321)，所述卡接件(321)设置有卡槽(3211)，所述弹性件(310)为弧形弹片，所述弹性件(310)两个端部设置有卡边(311)，所述卡槽(3211)和卡边(311)相应设置。
6.根据权利要求4所述的一种固态电池模组，其特征在于，所述下箱体(120)包括底板(121)和两个侧壁(122)，两个所述侧壁(122)分别与底板(121)连接，两个所述侧壁(122)间隔设置，所述限位底座(320)分别与所述连接板(132)以及侧壁(122)的顶部端面具有抵接位置和分离位置，所述电池组(200)未膨胀时，所述限位底座(320)分别与所述连接板(132)和侧壁(122)处于抵接位置，所述电池组(200)膨胀时，所述限位底座(320)分别与所述连接板(132)和侧壁(122)处于分离位置，所述弹性限位机构(300)与所述上盖板(110)的下底面刚性接触时，达到最大分离位置。
7.根据权利要求1所述的一种固态电池模组，其特征在于，还包括隔热垫(400)，所述隔热垫(400)设置于电池组(200)的上表面与弹性限位机构(300)之间，以及电池组(200)的下表面与下箱体(120)之间。
8.根据权利要求6所述的一种固态电池模组，其特征在于，还包括：
从控器总成(500)，所述从控总成(500)设置于所述上盖板(110)的上表面；
加热膜(600)，所述加热膜(600)分别与从控器总成(500)和电池组(200)连接，所述加热膜(600)与所述电池组(200)的侧面连接，并和所述侧壁(122)间隔设置；
采样模块，所述采样模块分别与加热膜(600)和电芯(210)连接，所述采样模块与所述从控器总成(500)连接。
9.根据权利要求8所述的一种固态电池模组，其特征在于，还包括采样线路板(700)，所述从控器总成(500)集成有从控器电路板，所述采样模块集成在所述采样线路板(700)上，所述采样线路板(700)与所述从控器电路板连接，所述采样线路板(700)与所述加热膜(600)连接。
10.根据权利要求2所述的一种固态电池模组，其特征在于，所述箱体(100)还包括端盖(140)，所述端盖(140)设置有支撑座(141)，所述支撑座(141)设置有支杆孔(1411)，所述下箱体(120)设置有下箱支撑沿(123)，所述下箱支撑沿(123)设置有支杆(1231)，所述支杆(1231)穿设在所述支杆孔(1411)中，所述端板(130)设置有凸块(135)，所述凸块(135)开设有螺纹孔(1351)，所述端盖(140)设置有连接槽(142)，所述端盖(140)由穿过所述连接槽(142)旋入所述螺纹孔(1351)的螺栓固定在所述端板(130)上，所述端盖(140)与汇流排(133)间隔设置，且相互绝缘。
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