CN116632429A - 一种方形电芯动力电池系统 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种方形电芯动力电池系统，电芯模组前后堆叠，电芯模组包括电芯总成，电芯总成第一端面设有电芯正极和电芯负极，电芯模组包括前后堆叠的两个单列模组，单列模组的电芯总成左右交错设置，两个单列模组一端电芯正极电气连接，两列电芯模组另一端的电芯负极电气连接；单列模组包括两行电芯总成，上下两层电芯总成的第一端面相向设置，下层电芯正极和上层电芯负极焊接，下层电芯负极和上层电芯正极焊接；本发明通过电芯与电芯交错堆叠形成单列模组，单列模组与单列模组交错堆叠形成模组，模组与模组交错堆叠形成电池整体堆叠，通过简单的结构及电芯本体，便于电芯堆叠的稳定性和电芯极柱的焊接，使动力电池获得力学可靠性。
Description
技术领域
本发明涉及动力电池技术领域，尤其涉及一种方形电芯动力电池系统。
背景技术
在动力电池结构与集成设计中，结构可靠性，成本控制和热失控性能一直是发展趋势。各汽车及动力电池厂家均有相应的解决方案。结构可靠性方面，有的通过提高托盘的强度来提高电池包结构可靠性，有的通过灌胶方式来提高电池包结构可靠性。
成本控制方面，目前发展趋势为CTP结构，即电芯到电池包的直接成组方式，舍弃电芯到模组，模组到电池包的成组方式，热失控可控性，目前大部分是采用云母板，陶瓷硅橡胶等材料来阻挡火焰的蔓延。
目前动力电池电芯成组方式上，大都采用电池与电池整齐堆叠，然后采用结构连结方式将电芯固定在一起，连结方式的强度决定整体动力电池的强度，往往问题出在电芯整齐堆叠的边界上，是最难连结，最薄弱的承力点。
目前动力电池托盘等结构件已经进行了比较大程度成本控制，但电气连结部分，尤其传统动力电池集成盖板还未能进行成本优化，且成本占比比较大。
目前热失控主要采用隔热材料围堵的方式控制电芯热失控时火焰蔓延，且火焰的喷射方向朝向电池包单个方向，导致电池包散热通道内短时间需要疏导大量热量，疏散不及时就会导致电池包爆炸，热失控性能失效。
发明内容
本发明的目的是提供一种方形电芯动力电池系统。
为了实现上述目的，本发明的技术方案是：
一种方形电芯动力电池系统，其特征在于，包括若干电芯模组，若干列所述电芯模组前后堆叠，所述电芯模组的高度对齐，所述电芯模组的左右两端对齐，每一电芯模组包括若干电芯总成，所述电芯总成的形状为长方体，所述电芯总成的第一端面左右对称设有电芯正极和电芯负极，所述电芯正极和电芯负极的轴心间距为电芯正极与电芯总成第二端面距离的两倍，所述电芯正极与电芯总成第三端面的距离和电芯正极与电芯总成第二端面的距离相等，所述第二端面和第三端面位于第一端面的左右两侧；
每一电芯模组包括前后堆叠的两个单列模组，相邻两个单列模组的电芯总成左右交错设置，相邻两个单列模组一端的电芯正极电气连接，相邻两列电芯模组另一端的电芯负极电气连接；
每一单列模组包括上下堆叠的两行电芯总成，上层电芯总成的数目少于下层电芯总成的数目，上下两层电芯总成左右交错设置，上下两层电芯总成的第一端面相向设置，下层电芯总成的电芯正极和上层电芯总成的电芯负极焊接，下层电芯总成的电芯负极和上层电芯总成的电芯正极焊接。
进一步地，每一电芯总成设有一电芯防爆阀，所述电芯防爆阀与电芯正极、电芯负极位于不同侧。
进一步地，所述电芯防爆阀设置在电芯总成的第四端面，所述第四端面和第一端面上下对称。
进一步地，相邻两个单列模组一端的电芯正极通过之字形的正极连结板连接，相邻两列电芯模组另一端的电芯正极通过之字形的负极连结板连接。
进一步地，两个单列模组各设有一电芯信号采样线，所述电芯信号采样线的采样端通过镍片与电芯正极焊接。
进一步地，所述电芯模组的一端设有监控单元，所述电芯信号采样线的输出端通过接插件与监控单元连接。
进一步地，上层电芯总成的数目比下层电芯总成的数目少一个，前列电芯总成的数目比后列电芯总成的数目少一个。
进一步地，前后相邻的两个单列模组通过结构胶粘接。
进一步地，前后相邻的两列电芯模组通过结构胶粘接。
本发明通过电芯与电芯交错堆叠形成单列模组，单列模组与单列模组交错堆叠形成模组，模组与模组交错堆叠形成电池整体堆叠，通过简单的结构及电芯本体，便于电芯堆叠的稳定性和电芯极柱的焊接，使动力电池获得力学可靠性。
本发明电芯交错堆叠，相邻电芯串联极柱直接焊接，省去传统电池设计电气采集集成盖板，降低电池包成本。
本发明电芯防爆阀与电芯极柱分离设计、电芯上下堆叠，电芯高温物质喷射方向与模组本体相反，可配合安装水冷板，提高动力电池热失控性能。
附图说明
图1为本发明电芯总成的结构示意图；
图2为本发明电芯极柱的位置示意图；
图3为本发明电芯防爆阀的位置示意图；
图4为本发明电芯总成的侧面结构示意图；
图5为本发明单列模组的立体结构示意图；
图6为本发明单列模组的正面结构示意图；
图7为本发明单列模组堆叠局部放大图；
图8为本发明电芯模组的结构示意图；
图9为本发明电芯模组底面的放大图；
图10为本发明电芯模组信号采样线的示意图；
图11为本发明电芯模组信号采样线和监控单元的示意图；
图12为本发明电芯模组堆叠爆炸图；
图13为本发明电芯模组堆叠整体图；
图14为本发明一种水冷板安装方式爆炸图；
图15为本发明一种水冷板安装方式整体图；
图16为本发明动力电池的爆炸图；
图17为本发明动力电池的整体图；
图18为本发明另一种水冷板安装方式爆炸图。
附图标记：
1电芯总成、11电芯正极、12电芯负极、13电芯防爆阀、
2单列模组、21前列电芯、22后列电芯、23正极连接板、
24第一电芯信号采样线、25第二电芯信号采样线、26监控单元、
3电芯模组、31第一电芯模组、32第二电芯模组、33负极连接板、
4电池堆叠整体、
51上水冷板、52下水冷板、53 EDM单元、
54下托盘、55上盖、521泄露槽、
6动力电池。
实施方式
下面将结合附图对本发明的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例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。
本发明公开了一种方形电芯动力电池系统，如图1所示，包括若干电芯模组3，若干列电芯模组3前后堆叠，电芯模组3的高度对齐，电芯模组3的左右两端对齐，每一电芯模组3包括若干电芯总成1，电芯总成1的形状为长方体，电芯总成1的第一端面左右对称设有电芯正极11和电芯负极12。
如图2所示，电芯正极11和电芯负极12的轴心间距为电芯正极11与电芯总成1第二端面距离的两倍，第二端面和第三端面位于第一端面的左右两侧。
即电芯正极11与电芯总成1第三端面的距离和电芯正极11与电芯总成1第二端面的距离均为x，而电芯正极11和电芯负极12的轴心间距为2x。
每一电芯总成1设有一电芯防爆阀13，电芯防爆阀13与电芯正极11、电芯负极12位于不同侧，如图3所示，电芯防爆阀13与电芯极柱分离在不同面设计，优选地，如图9所示，电芯防爆阀13设置在电芯总成1的第四端面，第四端面和第一端面上下对称。
每一电芯模组3中包括前后堆叠的两个单列模组2，前列电芯21和后列电芯22，如图8所示，前列电芯21和后列电芯22中的电芯总成1左右交错设置，前列电芯21和后列电芯22左端的电芯正极11电气连接，前列电芯21和后列电芯22之间通过结构胶连结，实施时，前列电芯21中电芯总成1的数目比后列电芯22中电芯总成1的数目少一个。
如图4和图5所示，每一单列模组2中，电芯总成1上下堆叠为两行，上层电芯总成1的数目少于下层电芯总成1的数目，实施时，上层电芯总成1的数目比下层电芯总成1的数目少一个，左右相邻电芯总成1的侧面通过结构胶粘接，下层的电芯总成1堆叠完成后，堆叠上层的电芯总成1，由于图2中电芯极柱位置尺寸的要求，上层电芯总成1与下层电芯总成1可交错堆叠，且电芯极柱对齐连结。
电芯总成1采用倒置堆叠方式，下层的电芯极柱朝上放置，上层的电芯极柱朝下放置，电芯总成1内部通过毛细结构设计，控制电解液分布；上下两层电芯总成1的第一端面相向设置，下层电芯总成1的电芯正极11和上层电芯总成1的电芯负极12焊接，下层电芯总成1的电芯负极12和上层电芯总成1的电芯正极11焊接。
如图6所示，上下两层电芯总成1的堆叠过程采用工装进行，将电芯总成1平躺在工装上进行堆叠，便于电芯堆叠以及电芯极柱的焊接。
如图7所示，上下两层电芯总成1采用相邻电芯正极11和电芯正极11错位连接，连接后形成串联回路再通过激光焊接，将相邻电芯极柱堆叠后的接触点通过激光焊接牢固；单面焊接完成后，通过工装控制翻转，焊接接触电芯极柱的另外一面。
如图10和图11所示，前列电芯21和后列电芯22分别设有第一电芯信号采样线24和第二电芯信号采样线25，电芯信号采样线的采样端与电芯正极11焊接，电芯总成1沿左右方向的一端设有监控单元26，电芯信号采样线的输出端通过接插件与监控单元26连接，第一电芯信号采样线24和第二电芯信号采样线25分别与电芯极柱焊接后，将接插件插入监控单元26内。
第一电芯信号采样线24和第二电芯信号采样线25分别采集前列电芯21和后列电芯22的电压和温度信息，第一电芯信号采样线24和第二电芯信号采样线25采用FPC或线束形式实现，按照电芯极柱的位置伸出镍片，镍片通过激光焊接与电芯极柱焊接在一起，第一电芯信号采样线24和第二电芯信号采样线25整体固定在上下两行电芯总成1所形成的空隙内。
如图12所示，电池堆叠整体4包含若干列与第一电芯模组31、第二电芯模组32结构相同的电芯模组3，相邻电芯模组3之间通过结构胶粘接，前后两列电芯模组3右端的电芯负极12通过电气连结结构形成高压电气回路，电气连结结构采用之字形的负极连结板33，如图8所示，前列电芯21和后列电芯22左端的电芯正极11通过之字形的正极连接板23电气连接，即同一电芯模组3中的两个单列模组2电芯正极11连通，不同电芯模组3中的两个单列模组2电芯负极12连通，形成Z字连接的整体结构。
如图13所示，电芯模组3交错堆叠加工完成后，最终构成电池堆叠整体4。
如图14和图15所示，在电池堆叠整体4的上方和下方分别添加一层上水冷板51和一层下水冷板52，上水冷板51和下水冷板52通过结构胶与电芯总成1粘接，加强电池堆叠后强度、增加电池冷却能力。
在上水冷板51和下水冷板52上设有容纳高温物质的泄露槽521，电芯热量可以通过泄露槽521快速定向排出，且与电池堆叠整体4本体通过水冷板隔离；此外，可在泄露槽521上粘接膜片传感器监控电池热失控，也可在水冷板上粘接云母板，防止电芯喷射的高温物质烧坏水冷板。
如图16所示，将电池堆叠整体4安装在电池包内，电池包包括EDM单元53、下托盘54和上盖55，安装完成后形成如图17所示的动力电池6。
如图18所示，可将上水冷板51、下水冷板52和下托盘54、上盖55焊接在一起，使电池堆叠整体4与下托盘54、上盖55的固定更可靠。
最后应说明的是：以上各实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述各实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的范围。
Claims (9)
1.一种方形电芯动力电池系统，其特征在于，包括若干电芯模组，若干列所述电芯模组前后堆叠，所述电芯模组的高度对齐，所述电芯模组的左右两端对齐，每一电芯模组包括若干电芯总成，所述电芯总成的形状为长方体，所述电芯总成的第一端面左右对称设有电芯正极和电芯负极，所述电芯正极和电芯负极的轴心间距为电芯正极与电芯总成第二端面距离的两倍，所述电芯正极与电芯总成第三端面的距离和电芯正极与电芯总成第二端面的距离相等，所述第二端面和第三端面位于第一端面的左右两侧；
每一电芯模组包括前后堆叠的两个单列模组，相邻两个单列模组的电芯总成左右交错设置，相邻两个单列模组一端的电芯正极电气连接，相邻两列电芯模组另一端的电芯负极电气连接；
每一单列模组包括上下堆叠的两行电芯总成，上层电芯总成的数目少于下层电芯总成的数目，上下两层电芯总成左右交错设置，上下两层电芯总成的第一端面相向设置，下层电芯总成的电芯正极和上层电芯总成的电芯负极焊接，下层电芯总成的电芯负极和上层电芯总成的电芯正极焊接。
2.根据权利要求1所述的方形电芯动力电池系统，其特征在于，每一电芯总成设有一电芯防爆阀，所述电芯防爆阀与电芯正极、电芯负极位于不同侧。
3.根据权利要求2所述的方形电芯动力电池系统，其特征在于，所述电芯防爆阀设置在电芯总成的第四端面，所述第四端面和第一端面上下对称。
4.根据权利要求1所述的方形电芯动力电池系统，其特征在于，相邻两个单列模组一端的电芯正极通过之字形的正极连结板连接，相邻两列电芯模组另一端的电芯正极通过之字形的负极连结板连接。
5.根据权利要求1所述的方形电芯动力电池系统，其特征在于，两个单列模组各设有一电芯信号采样线，所述电芯信号采样线的采样端通过镍片与电芯正极焊接。
6.根据权利要求5所述的方形电芯动力电池系统，其特征在于，所述电芯模组的一端设有监控单元，所述电芯信号采样线的输出端通过接插件与监控单元连接。
7.根据权利要求1所述的方形电芯动力电池系统，其特征在于，上层电芯总成的数目比下层电芯总成的数目少一个，前列电芯总成的数目比后列电芯总成的数目少一个。
8.根据权利要求1所述的方形电芯动力电池系统，其特征在于，前后相邻的两个单列模组通过结构胶粘接。
9.根据权利要求1所述的方形电芯动力电池系统，其特征在于，前后相邻的两列电芯模组通过结构胶粘接。
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| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| CN202310557633.1A Pending CN116632429A (zh) | 2023-05-17 | 2023-05-17 | 一种方形电芯动力电池系统 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| CN (1) | CN116632429A (zh) |
-
2023
- 2023-05-17 CN CN202310557633.1A patent/CN116632429A/zh active Pending
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