CN115472980B - 一种军用轻量化快捷装配软包动力锂离子蓄电池组 - Google Patents
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Abstract
本申请涉及电池技术领域，尤其涉及一种军用快捷装配轻量化软包动力锂离子蓄电池组，包括框架端板、框架板、单体；多个框架板依次机械连接于两个框架端板之间；单体位于相邻两个框架板、相邻的框架端板和框架板形成的空腔内；单体之间通过串接铜排串联。采用非金属框架结构，结构紧凑轻巧、绝缘性能好，提升了动力电池组能量密度，缓解了总体结构重量指标上的压力。
Description
技术领域
本发明属于电池技术领域，尤其涉及一种军用快捷装配轻量化软包动力锂离子蓄电池组。
背景技术
锂离子电池因能量密度高、循环寿命长、自放电率低、无记忆效应等优势目前在航天、航空、船舶、兵器等军用领域有着广泛应用。锂离子蓄电池组结构轻量化、装配快捷可靠、实现大电流稳定输出等越来越成为军用领域项目的迫切需求，而当前军用领域锂离子蓄电池组存在的主要问题在于：单体电芯多采用金属外壳封装使重量较大；装配、走线过程比较复杂，尤其在高压电池组装配上；动力电池组多采用金属壳单体制成，相比铝塑膜软包单芯在能量密度上没有优势。
发明内容
本发明解决的技术问题是：克服现有技术的不足，提供一种军用快捷装配轻量化软包动力锂离子蓄电池组，可应用航天、航空、船舶、兵器等军用领域，采用铝塑膜软包单体串并联设计，采用轻量化结构形式，具备大电流输出能力，既能单独对外供电，也可以整组作为单元电池经过再次串联形成高压动力电池组后对外供电。
本发明的技术解决方案是：
一种军用轻量化快捷装配软包动力锂离子蓄电池组，包括框架端板、框架板、单体；
多个框架板依次机械连接于两个框架端板之间；
单体位于相邻两个框架板、相邻的框架端板和框架板形成的空腔内；
单体之间通过串接铜排连接。
所述单体可以是单个电池电芯，也可以是两个及以上电池电芯并联后组成的单体并联块。
若干电池电芯或者单体并联块放置于框架端板和框架板组成的框架结构体中，然后通过串接铜排、按照规定的串联方式连接。框架端板和框架板对接面设置若干对接孔和对接柱，通过框架端板和框架板上对接孔和对接柱相应配合、再加上胶带周向缠裹实现封装紧固。框架端板和框架板之间可快捷组装对接成型，再通过胶带周向缠裹实现进一步紧固成型，胶带可使用抗高拉力、高粘度的工业胶带。框架端板和框架板所在平面平行，对接孔和对接柱的轴线垂直于框架板所在平面。
所述框架端板和框架板相对的两侧分别为第一连接侧、第二连接侧，框架端板的第一连接侧与框架板的第一连接侧配合用于连接两极铜排，框架板的第二连接侧用于连接串接铜排。相邻两个框架板的第一连接侧与第二连接侧正对，相邻两个单体同一端的极耳向极耳正对的同一个串接铜排的方向折弯。两个两极铜排连接于电池组相对的两侧。
所述两极铜排在框架端板和框架板上的连接侧为电极侧，两个电极侧上分别设有信号采集板Ⅰ、信号采集板Ⅱ，信号采集板Ⅰ上装有接插件Ⅰ，信号采集板Ⅱ上装有接插件Ⅱ。
所述框架端板的第一连接侧连接有用于连接两极铜排的第一定位销柱；框架板的第一连接侧连接有用于连接串接铜排的串接定位销柱，框架板的第二连接侧连接有用于连接两极铜排的第二定位销柱；两极铜排设有第一定位孔，定位孔与第一定位销柱和第二定位销柱配合；串接铜排设有第二定位孔，第二定位孔与串接定位销柱配合。
所述框架板的第二连接侧设有用于连接信号采集板Ⅰ或信号采集板Ⅱ的定位扣；两极铜排和串接铜排均设有用于单体电压采样焊线的第一折弯引线柱，第一折弯引线柱与信号采集板Ⅰ或信号采集板Ⅱ连接；串接铜排可选择的设有用于信号采集板Ⅰ或信号采集板Ⅱ安装定位的第二折弯引线柱。
所述单体电池为两端出极耳的铝塑膜软包动力单体，极耳折弯贴在两极铜排或串接铜排上表面，通过激光焊接完成串并联。
在上述军用快捷装配轻量化软包动力锂离子蓄电池组中，框架端板和框架板可采用PC+ABS混合塑料或其他硬质塑料注塑形成。框架端板和框架板的尺寸依据单体尺寸确定，一般每一个单体设计对应一个空腔，空腔厚度尺寸可比单个单体的厚度大0.5mm～1mm，为单体膨胀提供空间。
在上述军用快捷装配轻量化软包动力锂离子蓄电池组中，还包括：两极铜排，两极铜排连接在相互连接的单体的两端。
其中，两极铜排和串接铜排优选紫铜材料，表面进行镀镍处理，铜排厚度可根据载流数值确定，一般1mm～2mm。两极铜排上设有2个M4螺柱，作为对外供电接口，若作为单元电池装配高压电池组，螺柱用于单元电池间串联接口；两极铜排、串接铜排上还设置折弯引线柱，用于单体电压采样焊线和信号采集板的安装定位。
在上述军用快捷装配轻量化软包动力锂离子蓄电池组中，所述单体为两端出极耳的铝塑膜软包动力单体，单体极耳可通过裁剪折弯贴在两极铜排、串接铜排的表面，通过专用工装压紧可进行极耳和铜排间激光焊接，实现串并联。
在上述军用快捷装配轻量化软包动力锂离子蓄电池组中，所述结构适用于奇数串电池组，为了实现结构紧凑可靠，建议单个电池组所含单体总重量不超过4kg。
在上述军用快捷装配轻量化软包动力锂离子蓄电池组中，还包括：信号采集板Ⅰ、接插件Ⅰ、信号采集板Ⅱ、接插件Ⅱ，用于分别实现“单压1-”、“单压2+”、“单压4+”“单压6+”……“单压2N+”和单压1+”、“单压3+”、“单压5+”“单压7+”……“单压(2N+1)-”采集。信号采集板Ⅰ、信号采集板Ⅱ通过框架板上的定位扣和串接铜排上的第二折弯引线柱实现安装紧固；信号采集板Ⅰ、信号采集板Ⅱ上设置若干焊盘用于单压采样焊线；
在上述军用快捷装配轻量化软包动力锂离子蓄电池组中，电池组完成串并联及焊线以后，电极侧端面各设有一块盖板遮盖保护，实现整体美观，盖板可通过硅橡胶粘接实现紧固；
在上述军用快捷装配轻量化软包动力锂离子蓄电池组中，除框架端板有一完整面外，框架板均为中部大面积镂空结构，可实现减重，并且有利于为软包电芯鼓胀提供更多缓冲空间；
在上述军用快捷装配轻量化软包动力锂离子蓄电池组中，框架端板和框架板上设有若干定位销柱，用于两极铜排、串接铜排的定位；框架板上还设有定位扣，用于信号采集板Ⅰ和信号采集板Ⅱ的定位安装；
在上述军用快捷装配轻量化软包动力锂离子蓄电池组中，于两极铜排、串接铜排上设有若干定位孔，用于和框架端板和框架板上设有的若干定位销柱对接；
在上述军用快捷装配轻量化软包动力锂离子蓄电池组中，接插件Ⅰ焊接固定在信号采集板Ⅰ上，接插件Ⅱ焊接固定在信号采集板Ⅱ上，接插件Ⅰ和接插件II采用防差错选型；
在上述军用快捷装配轻量化软包动力锂离子蓄电池组中，电池组采用非金属框架实现电芯封装，实现轻量化目的；框架端板和框架板组成的非金属框架采用对接孔和对接柱相应对插，两极铜排、串接铜排和框架之间采用定位孔和定位销柱相应对插，信号采集板Ⅰ和信号采集板Ⅱ与框架板上设有的定位扣对接定位、和铜排上的折弯引线柱焊接定位，均实现了快捷组装的目的；单体极耳折弯后与两极铜排、串接铜排采用激光焊接方式实现串并联，能够满足大电流输出、稳定可靠。
综上所述，本申请至少包括以下有益技术效果：
(1)本发明公开了一种军用快捷装配轻量化软包动力锂离子蓄电池组，采用非金属框架结构，结构紧凑轻巧、绝缘性能好，提升了动力电池组能量密度，缓解了总体结构重量指标上的压力。
(2)本发明公开了一种军用快捷装配轻量化软包动力锂离子蓄电池组，零件种类少，装配快捷可靠，采用的激光焊接方式能够满足大电流稳定可靠输出。
(3)本发明公开了一种军用快捷装配轻量化软包动力锂离子蓄电池组，输出电气接口为螺柱，方便进行电气接线，可以作为单元电池装配成更高压电池组。
附图说明
图1是本发明实施例中一种军用快捷装配轻量化软包动力锂离子蓄电池组的一侧结构示意图；
图2是本发明实施例中一种军用快捷装配轻量化软包动力锂离子蓄电池组的另一侧结构示意图；
图3是本发明实施例中一种军用快捷装配轻量化软包动力锂离子蓄电池组的完整结构示意图；
图4是本发明实施例中一种军用快捷装配轻量化软包动力锂离子蓄电池组的框架端板和框架板组成的非金属框架结构示意图；
图5是本发明实施例中一种军用快捷装配轻量化软包动力锂离子蓄电池组的框架端板结构示意图；
图6是本发明实施例中一种军用快捷装配轻量化软包动力锂离子蓄电池组的框架板结构示意图；
图7是本发明实施例中一种军用快捷装配轻量化软包动力锂离子蓄电池组的单体极耳折弯结构示意图；
图8是本发明实施例中一种军用快捷装配轻量化软包动力锂离子蓄电池组的两极铜排结构示意图；
图9是本发明实施例中一种军用快捷装配轻量化软包动力锂离子蓄电池组的串接铜排未连接第二折弯引线柱的结构示意图；
图10是本发明实施例中一种军用快捷装配轻量化软包动力锂离子蓄电池组的串接铜排连接第二折弯引线柱的结构示意图。
图11是本发明实施例中一种军用快捷装配轻量化软包动力锂离子蓄电池组的两极铜牌、串接铜排的一种安装分布示例剖面图，由22只电池电芯按照2并11串组成(即每2个电池电芯并联形成单体并联块，11个单体并联块之间串联)，包含框架端板2块，框架板10块。
附图标记说明：1、框架端板；105-106、第一定位销柱；
2、框架板；207-210、串接定位销柱；203-204、第二定位销柱；212、定位扣；211、镂空结构；
3、单体；301-302、极耳；
201-202、101-102、对接孔；103-104、205-206、对接柱；
4、两极铜排；401-404、第一定位孔；405、第一折弯引线柱；406-407、螺柱；
5、串接铜排；501-504、第一定位孔；505、第一折弯引线柱；506、第二折弯引线柱；
7、信号采集板Ⅰ；8、接插件Ⅰ；9、信号采集板Ⅱ；10、接插件Ⅱ；11、盖板；12、胶带。
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，下面将结合附图对本发明公开的实施方式作进一步详细描述。
为了实现软包动力锂离子蓄电池组轻量化设计目标，缓解了总体结构重量指标上的压力，同时实现装配快捷，并做到大电流稳定供电输出，如图1～图3，本发明公开了一种军用快捷装配轻量化软包动力锂离子蓄电池组，包括：框架端板1、框架板2、单体3、两极铜排4、串接铜排5、信号采集板Ⅰ7、接插件Ⅰ8、信号采集板Ⅱ9、接插件Ⅱ10、盖板11和胶带12。其中，若干单体3按照规定的串并联方式放置于框架端板1和框架板2组成的框架结构体中，通过框架端板1和框架板2上对接孔和对接柱相应配合、再加上胶带12周向缠裹实现封装紧固；通过框架端板1和框架板2组成的框架整体结构体端面的定位销柱安放两极铜排4、串接铜排Ⅰ；单体3为两端出极耳的铝塑膜软包动力单体，极耳折弯贴在铜排上表面，通过激光焊接完成串并联；电池组电极侧设有信号采集板Ⅰ7和信号采集板Ⅱ9，信号采集板Ⅰ7上装有接插件Ⅰ8，信号采集板Ⅱ9上装有接插件Ⅱ10；电池组两侧端面各设有一块盖板11用于走线裸露处遮盖保护。
如图1，框架端板1和框架板2相对的两侧分别为第一连接侧、第二连接侧，框架端板1的第一连接侧与框架板2的第一连接侧配合用于连接两极铜排4，框架板2的第二连接侧用于连接串接铜排5、且用于与信号采集板Ⅰ7和信号采集板Ⅱ9连接；相邻两个框架板2的第一连接侧与第二连接侧正对。
在本实施例中，如图4，框架端板1和框架板2可采用PC+ABS混合塑料或其他硬质塑料注塑形成，框架端板1和框架板2的尺寸依据单体3尺寸确定，一般每一个单体设计对应一个空腔，空腔厚度尺寸可比单体的厚度大0.5mm～1mm，为单体膨胀提供空间，框架端板1和框架板2对接面设置若干对接孔和对接柱，用于快捷组装对接成型，如图5～图6，框架端板1的对接柱103和对接柱104依次与框架板2的对接孔201和对接孔202对插，框架端板1的对接孔101和对接孔102依次与框架板2的对接柱205和对接柱206对插，如此框架端板1和框架板2完成安装对接，采用此方式完成对所有单体3的封装，再采用胶带12周向缠裹实现进一步紧固成型，胶带可使用抗高拉力、高粘度的工业胶带。
如图5和图6，框架端板1的第一连接侧连接有用于连接两极铜排4的第一定位销柱；框架板2的第一连接侧连接有用于连接串接铜排5的串接定位销柱，框架板2的第二连接侧连接有用于连接两极铜排4的第二定位销柱。具体的，两极铜排4上的第一定位孔401、第一定位孔402、第一定位孔403、第一定位孔404与框架端板1上的第一定位销柱105、第一定位销柱106及框架板2上的第二定位销柱203、第二定位销柱204配合实现定位安装；串接铜排5上的第二定位孔501、第二定位孔502、第二定位孔503、第二定位孔504与框架板2上的串联定位销柱207、串联定位销柱208、串联定位销柱209、串联定位销柱210配合实现定位安装。
在本实施例中，如图8～图10，两极铜排4、串接铜排5优选紫铜材料，表面进行镀镍处理，铜排厚度可根据载流数值确定，一般1mm～2mm；两极铜排4上设有M4螺柱406和M4螺柱407，作为对外供电接口，若作为单元电池装配高压电池组，螺柱用于单元电池间串联接口；两极铜排4还设置第一折弯引线柱405，串接铜排5上设置第一折弯引线柱505，串接铜排5上可选择的设有用于信号采集板Ⅰ或信号采集板Ⅱ安装定位的第二折弯引线柱506，第一折弯引线柱405、第一折弯引线柱505用于单体电压采样焊线，并连接到信号采集板Ⅰ7、信号采集板Ⅱ9上的对应焊盘上。
在本实施例中，如图11，单体3为两端出极耳的铝塑膜软包动力单体，如图7，单体两端极耳折弯301和折弯302贴在两极铜排4、串接铜排5背离单体的一侧，通过专用工装压紧可进行极耳和两极铜排4、串接铜排5之间激光焊接，实现串并联。
在本实施例中，所述结构适用于奇数串电池组，为了实现结构紧凑可靠，建议单个电池组所含单体3总重量不超过4kg。
在本实施例中，如图1～图2，信号采集板Ⅰ7、接插件Ⅰ8、信号采集板Ⅱ9、接插件Ⅱ10用于分别实现“单压1-”、“单压2+”、“单压4+”“单压6+”……“单压2N+”和单压1+”、“单压3+”、“单压5+”“单压7+”……“单压(2N+1)-”采集；信号采集板Ⅰ7和信号采集板Ⅱ9通过框架板2上定位扣212和第二折弯引线柱506实现安装紧固，定位扣212用于卡住信号采集板，引线柱606用于信号采集板上的定位孔焊接；信号采集板Ⅰ7和信号采集板Ⅱ9上设置若干焊盘用于单压采样焊线。
优选的，电池组完成串并联及焊线以后，电极侧端面各设有一块盖板11遮盖保护，实现整体美观，盖板11可通过硅橡胶粘接实现紧固。
优选的，除框架端板1有一完整面外，框架板2设计成中部大面积镂空结构211，可实现减重，并且有利于为软包电芯鼓胀提供更多缓冲空间。
优选的，接插件Ⅰ8焊接固定在信号采集板Ⅰ7上，接插件Ⅱ10焊接固定在信号采集板Ⅱ9上，接插件Ⅰ8和接插件II10采用防差错选型；
本申请的实施原理为：一种军用快捷装配轻量化软包动力锂离子蓄电池组中，电池组采用非金属框架实现电芯封装，实现轻量化目的；框架端板和框架板组成的非金属框架采用对接孔和对接柱相应对插，两极铜排、串接铜排和框架之间采用定位孔和定位销柱相应对插，信号采集板Ⅰ和信号采集板Ⅱ与框架板上设有的定位扣对接定位、和铜排上的折弯引线柱焊接定位，均实现了快捷组装的目的；单体极耳折弯后与两极铜排和串接铜排之间采用激光焊接方式实现串并联，能够满足大电流输出、稳定可靠。
本发明虽然已以较佳实施例公开如上，但其并不是用来限定本发明，任何本领域技术人员在不脱离本发明的精神和范围内，都可以利用上述揭示的方法和技术内容对本发明技术方案做出可能的变动和修改，因此，凡是未脱离本发明技术方案的内容，依据本发明的技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、等同变化及修饰，均属于本发明技术方案的保护范围。
本发明说明书中未作详细描述的内容属于本领域专业技术人员的公知技术。
Claims (4)
1.一种军用轻量化快捷装配软包动力锂离子蓄电池组，其特征在于：包括框架端板(1)、框架板(2)、单体(3)；
多个框架板(2)依次机械连接于两个框架端板(1)之间；
单体(3)位于相邻两个框架板(2)、相邻的框架端板(1)和框架板(2)形成的空腔内；
单体(3)之间通过串接铜排(5)连接；框架端板(1)、框架板(2)为塑料材质；
相互连接的所述单体(3)的两端连接两极铜排(4)；
两极铜排(4)上设有用作对外供电接口的螺柱；一个两极铜排(4)的连接侧设有信号采集板Ⅰ(7)、另一个两极铜排(4)的连接侧设有信号采集板Ⅱ(9)，信号采集板Ⅰ(7)上装有接插件Ⅰ(8)，信号采集板Ⅱ(9)上装有接插件Ⅱ(10)；
所述单体(3)为两端出极耳的铝塑膜软包动力单体(3)，极耳与串接铜排(5)或两级铜排连接；所述框架端板(1)和框架板(2)相对的两侧分别为第一连接侧、第二连接侧，框架端板(1)的第一连接侧与框架板(2)的第一连接侧配合用于连接两极铜排(4)，框架板(2)的第二连接侧用于连接串接铜排(5)、且用于与信号采集板Ⅰ(7)和信号采集板Ⅱ(9)连接；相邻两个框架板(2)的第一连接侧与第二连接侧正对；框架端板(1)的第一连接侧连接有用于连接两极铜排(4)的第一定位销柱；框架板(2)的第一连接侧连接有用于连接串接铜排(5)的串接定位销柱，框架板(2)的第二连接侧连接有用于连接两极铜排(4)的第二定位销柱；两极铜排(4)设有第一定位孔，第一定位孔与第一定位销柱和第二定位销柱配合；串接铜排(5)设有第二定位孔，第二定位孔与串接定位销柱配合；所述框架板(2)的第二连接侧设有用于连接信号采集板Ⅰ(7)或信号采集板Ⅱ(9)的定位扣(212)，框架板(2)的第二连接侧设置有定位板，定位扣(212)通过定位板连接于框架板(2)；两极铜排(4)和串接铜排(5)均设有用于单体(3)电压采样焊线的第一折弯引线柱，第一折弯引线柱与信号采集板Ⅰ(7)或信号采集板Ⅱ(9)连接；串接铜排(5)可选择的设有用于信号采集板Ⅰ(7)或信号采集板Ⅱ(9)安装定位的第二折弯引线柱；
两个所述两极铜排(4)的连接侧各设有一块盖板(11)，盖板(11)位于信号采集板Ⅰ(7)和信号采集板Ⅱ(9)外侧；框架板(2)的第一连接侧和第二连接侧的两端均设置有连接部，盖板(11)位于第一连接侧或第二连接侧的两个连接部之间。
2.根据权利要求1所述的一种军用轻量化快捷装配软包动力锂离子蓄电池组，其特征在于：相邻的所述框架板(2)与框架端板(1)、相邻的两个框架板(2)之间通过对接孔和对接柱连接，对接孔和对接柱的轴线垂直于框架板(2)所在平面。
3.根据权利要求1所述的一种军用轻量化快捷装配软包动力锂离子蓄电池组，其特征在于：所述框架端板(1)包括环形框和连接于环形框的端板；框架板(2)包括框体和连接于框体的分隔板，分隔板中部设有镂空结构(211)；
空腔厚度尺寸比单体(3)厚度大0.5 mm ~1mm。
4.根据权利要求1所述的一种军用轻量化快捷装配软包动力锂离子蓄电池组，其特征在于：连接到一起的所述框架端板(1)和框架板(2)的周向通过胶带(12)缠裹；
单体(3)为单个电池电芯或者两个及以上电池电芯并联后组成的单体并联块。
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