CN117317510B - 电池模组及储能箱 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种电池模组及储能箱，其属于储能技术领域，电池模组包括内底板、电芯组件、端板、侧板及盖板，电芯组件设置于内底板上；端板设置有两个，两个端板分别设置在电芯组件沿第一方向的两侧并均与内底板连接；侧板设置有两个，两个侧板分别设置在电芯组件沿第二方向的两侧并均与内底板连接；盖板盖设于电芯组件上，并与端板及侧板分别连接；内底板、端板及盖板的材质均为第一复合材料，侧板的材质为第二复合材料。本发明提供的电池模组及储能箱具有较好的隔热性能和防腐蚀性能，且围设形成用于容置电芯组件的空间的板均为绝缘板，具有较高的可靠性和较广的引用范围。

Description

电池模组及储能箱

技术领域

本发明涉及储能技术领域，尤其涉及一种电池模组及储能箱。

背景技术

锂离子电池作为新能源汽车、飞行汽车、工业储能等领域的主要能量源，其整装后的电池模组结构与性能被密切关注。锂离子电池主要分为硬壳电池和软包电池，其中软包电池由于高能量密度、优异的充放电性能被储能领域大范围应用。然而，由于软包电池的软包外壳抗冲击性能较差，长期充放电使用时潜在鼓包问题，软包电池比硬壳电池的安全性更差，所以软包电池的设计需要更多考虑结构的可靠性与安全性。由于户内使用的电池模组的储能箱不存在严重的冲击情形，其安全问题主要体现在绝缘、隔热、防腐蚀、抗电芯膨胀与防热失控上。

电池模组包括底板、两个端板、两个侧板及一个盖板，底板、两个端板及两个侧板连接形成容置空间，容置空间内放置有依次排布的多个电芯，盖板盖设在电芯上，以形成较为密封的电池模组。现有技术中，底板、侧板、端板及盖板的材质均为金属，由于金属为导电材质，导致电池模组存在漏电的风险，并且，由于金属的导热系数较高，导致电池模组受外界温度影响较大，且容易被腐蚀，进而限制的电池模组的应用范围。

因此，亟需一种耐热、绝缘且耐腐蚀的电池模组以解决上述问题。

发明内容

本发明的目的在于提供一种电池模组及储能箱，具有较好的隔热性能和防腐蚀性能，且围设形成用于容置电芯组件的空间的板均为绝缘板，具有较高的可靠性和较广的引用范围。

如上构思，本发明所采用的技术方案是：

电池模组，包括：

内底板；

电芯组件，设置于所述内底板上；

端板，设置有两个，两个所述端板分别设置在所述电芯组件沿第一方向的两侧并均与所述内底板连接；

侧板，设置有两个，两个所述侧板分别设置在所述电芯组件沿第二方向的两侧并均与所述内底板连接，所述第二方向垂直于所述第一方向；

盖板，盖设于所述电芯组件上，并与所述端板及所述侧板分别连接；

所述内底板、所述端板及所述盖板的材质均为第一复合材料，所述侧板的材质为第二复合材料。

可选地，所述第一复合材料通过多层玻璃纤维织物层采用树脂作为基体填充并模压形成，且所述玻璃纤维织物层的角度为0°或90°。

可选地，所述第二复合材料通过多层玻璃纤维织物层及多层单向纱层采用树脂作为基体填充并拉挤形成，所述玻璃纤维织物层的角度为45°，所述单向纱层的角度为0°。

可选地，所述单向纱层为碳纤维层或玻璃纤维层。

可选地，所述电芯组件包括沿所述第一方向依次设置的多个电芯，所述电池模组还包括多个防火板，所述防火板的材质为第三复合材料；

相邻两个所述电芯之间设置有所述防火板，或者，每隔n个所述电芯设置一个所述防火板，n≥2。

可选地，所述第三复合材料包括依次层叠设置的至少一层陶瓷毡层、多层玻璃纤维织物层和至少一层陶瓷毡层，至少一层陶瓷毡层、多层玻璃纤维织物层和至少一层陶瓷毡层采用树脂作为基体填充并通过模压工艺成型。

可选地，所述内底板的顶面设置有多个凹槽，多个所述防火板与多个所述凹槽一一对应，每个所述防火板安装于与其对应的所述凹槽中。

可选地，所述盖板包括依次连接的盖部、连接部及折弯部，所述盖部盖设于所述电芯组件上，并与所述端板及所述侧板分别连接，所述连接部位于一个所述端板远离所述电芯组件的一侧，所述折弯部平行于所述内底板并与所述内底板连接。

储能箱，包括外底板、箱体及如上所述的电池模组，所述箱体安装在所述外底板上，并与所述外底板配合形成容置空间，所述电池模组设置于所述容置空间内，所述箱体的材质为第四复合材料，所述外底板包括层叠设置的铝板和复合板，所述复合板的材质为第五复合材料。

可选地，所述第四复合材料包括依次层叠设置的至少一层陶瓷毡层、多层玻璃纤维织物层、至少一层泡沫层、多层玻璃纤维织物层和至少一层陶瓷毡层，所述至少一层陶瓷毡层、所述多层玻璃纤维织物层、所述至少一层泡沫层、所述多层玻璃纤维织物层和所述至少一层陶瓷毡层采用树脂作为基体填充并通过模压工艺成型；

和/或，

所述第五复合材料通过多层玻璃纤维织物层及多层单向纱层采用树脂作为基体填充并模压形成。

本发明提供的电池模组及储能箱至少具有如下有益效果：

内底板、端板及盖板的材质均为第一复合材料，侧板的材质为第二复合材料，使得内底板、端板、盖板及侧板均具有绝缘性能，进而防止出现电池模组通过内底板、端板、盖板及侧板漏电的情况，复合材料的导热系数较小，使得内底板、端板、盖板及侧板均具有较好的隔热性能，进而使得电池模组受外界温度影响较小，复合材料相较于金属还具有较好的耐腐蚀性能，使得内底板、端板、盖板及侧板均具有较好的耐腐蚀性能，进而使得电池模组不容易被腐蚀，提高了电池模组的可靠性，使得电池模组可以应用在高温环境、具有腐蚀气体的环境等，具有较广的应用范围。

附图说明

图1是本发明实施例提供的电池模组的结构示意图；

图2是本发明实施例提供的电池模组的分解示意图；

图3是本发明实施例提供的内底板的结构示意图；

图4是本发明实施例提供的端板的结构示意图；

图5是本发明实施例提供的侧板的结构示意图；

图6是本发明实施例提供的防火板的结构示意图；

图7是本发明实施例提供的盖板的结构示意图；

图8本发明实施例提供的储能箱的结构示意图；

图9是本发明实施例提供的储能箱的分解结构示意图；

图10是本发明实施例提供的箱体的结构示意图；

图11是本发明实施例提供的外底板的结构示意图；

图12是本发明实施例提供的储能箱的主视图；

图13是本发明图12所示的A-A剖视图；

图14是本发明实施例提供的部分储能箱的结构示意图。

图中：1、内底板；11、凹槽；21、电芯；3、端板；4、侧板；5、盖板；51、盖部；52、连接部；53、折弯部；6、防火板；7、金属导流板；10、外底板；20、箱体；201、翻边；30、电池模组；40、泄压阀；50、塑料脚垫；60、电控元件。

具体实施方式

为使本发明解决的技术问题、采用的技术方案和达到的技术效果更加清楚，下面结合附图并通过具体实施方式来进一步说明本发明的技术方案。可以理解的是，此处所描述的具体实施例仅仅用于解释本发明，而非对本发明的限定。另外还需要说明的是，为了便于描述，附图中仅示出了与本发明相关的部分而非全部。

应注意到：相似的标号和字母在下面的附图中表示类似项，因此，一旦某一项在一个附图中被定义，则在随后的附图中不需要对其进行进一步定义和解释。

在本发明的描述中，除非另有明确的规定和限定，术语“相连”、“连接”、“固定”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或成一体；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，可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系。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。

在本发明中，除非另有明确的规定和限定，第一特征在第二特征之“上”或之“下”可以包括第一和第二特征直接接触，也可以包括第一和第二特征不是直接接触而是通过它们之间的另外的特征接触。而且，第一特征在第二特征“之上”、“上方”和“上面”包括第一特征在第二特征正上方和斜上方，或仅仅表示第一特征水平高度高于第二特征。第一特征在第二特征“之下”、“下方”和“下面”包括第一特征在第二特征正下方和斜下方，或仅仅表示第一特征水平高度小于第二特征。

在本实施例的描述中，术语“上”、“下”、“右”、等方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述和简化操作，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”仅仅用于在描述上加以区分，并没有特殊的含义。

本实施例提供了一种电池模组，具有较好的隔热性能和防腐蚀性能，使得电池模组受外界温度影响较小，且围设形成用于容置电芯组件的空间的板均为绝缘板，防止电池模组出现漏电的情况，具有较高的可靠性。

如图1至图7所示，电池模组30包括内底板1、电芯组件、两个端板3、两个侧板4和一个盖板5。

其中，电芯组件设置于内底板1上，两个端板3分别设置在电芯组件沿第一方向的两侧并均与内底板1连接，两个侧板4分别设置在电芯组件沿第二方向的两侧并均与内底板1连接，使得两个端板3、两个侧板4及内底板1相互配合围设形成用于容置电芯组件的安装空间。其中，第二方向垂直于第一方向。盖板5盖设于电芯组件上，并与端板3及侧板4分别连接，以使得电池模组30较封闭。

本实施例中的内底板1、端板3及盖板5的材质均为第一复合材料，侧板4的材质为第二复合材料，复合材料因为自身优异的绝缘、隔热、耐腐蚀等性能，进而使得内底板1、端板3、盖板5和侧板4均具有绝缘、隔热和耐腐蚀的性能。

本实施例提供的电池模组30，内底板1、端板3及盖板5的材质均为第一复合材料，侧板4的材质为第二复合材料，使得内底板1、端板3、盖板5及侧板4均具有绝缘性能，进而防止出现电池模组30通过内底板1、端板3、盖板5及侧板4漏电的情况，复合材料的导热系数较小，使得内底板1、端板3、盖板5及侧板4均具有较好的隔热性能，进而使得电池模组30受外界温度影响较小，复合材料相较于金属还具有较好的耐腐蚀性能，使得内底板1、端板3、盖板5及侧板4均具有较好的耐腐蚀性能，进而使得电池模组30不容易被腐蚀，提高了电池模组30的可靠性，使得电池模组30可以应用在高温环境、具有腐蚀气体的环境等，具有较广的应用范围。

可选地，第一复合材料通过多层玻璃纤维织物层采用树脂作为基体填充并模压形成，也即是，第一复合材料包括多层玻璃纤维织物层和用于将多层玻璃纤维织物层连接成一体的树脂，且第一复合材料通过模压工艺成型，以具有较高的结构强度。可选地，本实施例中玻璃纤维织物层的角度为0°或90°。

需要说明的是，内底板1、端板3及盖板5的厚度由玻璃纤维织物层的层数与树脂的配比决定，示例地，端板3中的玻璃纤维织物层可以为2或3层。内底板1和及盖板5中的玻璃纤维织物层可以为3或4层。

在一些可选的实施例中，玻璃纤维织物层可以为平纹斜纹等机织布、NCF经编织物等，本实施例对此不做限定。其中，NCF的中文名称为非卷曲织物。本实施例中的树脂为环氧树脂、聚氨酯等。

进一步可选地，第二复合材料通过多层玻璃纤维织物层及多层单向纱层采用树脂作为基体填充并拉挤形成，也即是，第二复合材料包括多层玻璃纤维织物层及多层单向纱层，多层玻璃纤维织物层及多层单向纱层通过树脂连接称一体，且第二复合材料通过拉挤工艺成型。其中，拉挤工艺是一种热固性复合材料成型方法，具体是指玻璃纤维织物和单向纱在外力牵引下经过浸胶、挤压成型、加热固化、定长切割、连续生产玻璃钢线型制品的方法。本实施例中，多层玻璃纤维织物层和多层单向纱层的排布方式可以为交替排布，或者，没隔多层玻璃纤维织物层放置一层或多层单向纱层等，本实施例对此不作限定。

需要说明的是，侧板4的厚度由玻璃纤维织物层及单向纱层的层数决定。示例地，侧板4中的玻璃纤维织物层的层数为2或3层，单向纱的层数为1或2层。

在一些可选的实施例中，玻璃纤维织物层的角度为45°，具体可以为+45°或-45°，单向纱层的角度为0°，两者相互配合使得侧板4具有较高的结构强度。

可选地，单向纱层为碳纤维层、玻璃纤维层等，本实施例对此不作限定。

如图2所示，电芯组件包括沿第一方向依次设置的多个电芯21，电池模组30还包括多个防火板6，防火板6的材质为第三复合材料，使得防火板6具有较高的隔热性能，以能够在电池模组30发生热失控时防止热失控的进一步蔓延，将热失控的影响降低至最小。

在一些可选的实施例中，相邻两个电芯21之间设置有一个防火板6；在另外一些实施例中，每隔n个电芯21设置一个防火板6，其中，n≥2。

进一步可选地，第三复合材料包括依次层叠设置的至少一层陶瓷毡层、多层玻璃纤维织物层和至少一层陶瓷毡层。其中，至少一层陶瓷毡层、多层玻璃纤维织物层和至少一层陶瓷毡层采用树脂作为基体填充并通过模压工艺成型，以使得防火板6具有极高的防火性能。

需要说明的是，防火板6的厚度根据陶瓷毡层、玻璃纤维织物层及树脂的配比决定，本实施例对此不作限定。本实施例中，第三复合材料包括依次层叠设置的一层陶瓷毡层、3或4层玻璃纤维织物层和一层陶瓷毡层。其中玻璃纤维织物层的角度为0°或90°。

可选地，如图3所示，内底板1的顶面设置有多个凹槽11，多个防火板6与多个凹槽11一一对应，每个防火板6安装于与其对应的凹槽11中，并通过结构胶进行密封。通过将防火板6设置在凹槽11中，能够便于防火板6的限位固定，还能够防止热失控时的高温气体穿过防火板6与内底板1之间的间隙的情况发生。

类似地，盖板5朝向内底板1的表面也可以设置有凹槽11，防火板6的顶部置于盖板5上的凹槽11中并通过结构胶进行密封，进一步提高了防火板6的固定效果，降低了热失控时产生的气体将防火板6冲开的几率。

可选地，如图1和图7所示，盖板5包括依次连接的盖部51、连接部52及折弯部53。其中，盖部51盖设于电芯组件上，并与端板3及侧板4分别连接，本实施例中，盖部51与端板3及侧板4之间的连接可以为胶粘实现。连接部52位于一个端板3远离电芯组件的一侧，折弯部53与内底板1平行并与内底板1连接，如此设置能够在电池模组30的高度方向更好地限位电芯组件，以降低电芯组件的跳动幅度。

在本实施例中，如图2所示，每个端板3远离电芯组件的表面上还设置有金属导流板7，金属导流板7通过铆钉固定在端板3上，电芯组件与金属导流板7电性连接，金属导流板7用于电能的输出或输入。

本实施例还提供了一种储能箱，具有较高的隔热、防腐蚀性能且绝缘。本实施例提供的储能箱可以应用在室内等对防撞要求较低的场所。

如图8至图14所示，储能箱包括外底板10、箱体20及如上所述的电池模组30。

其中，箱体20安装在外底板10上，并与外底板10配合形成容置空间。本实施例中，外底板10呈平板状，箱体20具有开口，且箱体20倒置在外底板10上。电池模组30设置于容置空间内。本实施例中的箱体20的材质为第四复合材料，使得箱体20具有绝缘、绝热和防腐蚀特性。外底板10包括层叠设置的铝板和复合板，其中，复合板的材质为第五复合材料，提高了外底板10的绝缘、绝缘和防腐蚀性能。本实施例中，铝板较复合板靠近电池模组30，也即是，铝板位于内侧，以进一步提高储能箱的防腐蚀性能。

可选地，第四复合材料包括依次层叠设置的至少一层陶瓷毡层、多层玻璃纤维织物层、至少一层泡沫层、多层玻璃纤维织物层和至少一层陶瓷毡层。其中，至少一层陶瓷毡层、多层玻璃纤维织物层、至少一层泡沫层、多层玻璃纤维织物层和至少一层陶瓷毡层采用树脂作为基体填充并通过模压工艺成型。

本实施例中，第五复合材料通过多层玻璃纤维织物层采用树脂作为基体填充并模压形成。

示例地，外底板10的厚度由多层玻璃纤维织物层与树脂的配比决定，本实施例对此不作限定。本实施例中的外底板10中的玻璃纤维织物层的层数为3或4层，每层玻璃纤维织物层的角度为0°或90°。

本实施例提供的储能箱，外底板10的材质为第五复合材料，箱体20的材质为第四复合材料，使得外底板10与箱体20形成的结构具有满足抗冲击、刚度、模态等力学性能的要求，并且，内底板1、端板3及盖板5的材质为第一复合材料，侧板4的材质为第二复合材料，防火板6的材质为第三复合材料，使得储能箱整体减重约20%，利于储能箱的轻量化。

可选地，如图8所示，箱体20上安装有泄压阀40，泄压阀40用于箱体20内的泄压，以提高储能箱的安全性。外底板10的底部还设置有塑料脚垫50，塑料脚垫50用于支撑储能箱。如图14所示，一个端板3的外侧还设置有电控元件60，电控元件60用于对储能箱工作状态的控制。

本实施例提供的电池模组及储能箱至少具有如下有益效果：

（1）本实施例提供的复合材料的电池模组及储能箱，提供了一种高度集成、简易装配、综合性能优异的方案，有效地解决了电池模组及储能箱的绝缘、隔热、防腐蚀、抗电芯21膨胀与防热失控等问题；

（2）本实施例能取消额外的隔热材料、绝缘材料等复合材料，从而极致节省空间，提高空间利用率，进而提高了电池模组及储能箱的能量密度；

（3）本实施例中的内底板1、复合板、端板3、侧板4、盖板5及箱体20选用复合材料和胶粘装配为主的设计路线，能有效地实现整体轻量化，并达到工艺简单且密封良好的效果；

（4）本实施例提供的电池模组及储能箱适用于量产。内底板1、复合板、端板3、侧板4、盖板5及箱体20均采用复合材料自动化制备工艺所制备，工艺成本低廉且装配工艺性优异；

（5）复合材料形成的内底板1、外底板10、端板3、侧板4、盖板5及箱体20的力学性能优异，其中拉挤工艺成型的侧板4、模压工艺成型的防火板6、复合板、内底板1、端板3及箱体20为整体电池模组30提供了优秀的抗膨胀、刚度和抗冲击性能；

（6）本实施例提供的单个电池模组30的重量小于等于25kg，满足人工手动装卸的重量要求，为电池模组30轻量化设计的有效方案；

（7）本实施例中，外底板10包括铝板，铝板用于导热、自然冷却，电池模组30中端板3与盖板5之间的通道为线束区域和导热通道，同时箱体20安装有泄压阀40等防热失控元器件，以防电源过热、火灾等安全事故；

（8）本实施例提供的电池模组30具有集成度高、零件数少、装配性好等优点；

（9）本实施例提供的电池模组30集成了复合材料自带的绝缘、隔热、防热失控等功能，能有效解决储能箱运作在大昼夜温差下的保温问题；

（10）本实施例提供的电池模组30结构减重与降低成本效果明显；

（11）本实施例大幅提高了箱体20及外底板10连接形成的结构的整体刚度、整体模态和冲击性能，并释放了更多空间装载电池模组30，大幅提高能量密度和整体续航；

（12）本实施例中，拉挤工艺成型的侧板4刚度高、抗膨胀力大，使得侧板4不易受电芯21鼓包及膨胀而变形，同时防腐绝缘的复合材料形成的板在应用中寿命更长；

（13）不同工艺成型的复合材料在储能领域的新应用，提供了户内储能箱有效的量产制造技术路线，是复合材料集成化应用的新领域、新路线。

注意，上述仅为本发明的较佳实施例及所运用技术原理。本领域技术人员会理解，本发明不限于这里所述的特定实施例，对本领域技术人员来说能够进行各种明显的变化、重新调整和替代而不会脱离本发明的保护范围。因此，虽然通过以上实施例对本发明进行了较为详细的说明，但是本发明不仅仅限于以上实施例，在不脱离本发明构思的情况下，还可以包括更多其他等效实施例，而本发明的范围由所附的权利要求范围决定。

Claims (7)

1.储能箱，其特征在于，包括外底板（10）、箱体（20）及电池模组，所述箱体（20）安装在所述外底板（10）上，并与所述外底板（10）配合形成容置空间，所述电池模组设置于所述容置空间内，所述箱体（20）的材质为第四复合材料，所述外底板（10）包括层叠设置的铝板和复合板，所述铝板较所述复合板靠近所述电池模组，所述复合板的材质为第五复合材料；

所述第四复合材料包括依次层叠设置的至少一层陶瓷毡层、多层玻璃纤维织物层、至少一层泡沫层、多层玻璃纤维织物层和至少一层陶瓷毡层，所述至少一层陶瓷毡层、所述多层玻璃纤维织物层、所述至少一层泡沫层、所述多层玻璃纤维织物层和所述至少一层陶瓷毡层采用树脂作为基体填充并通过模压工艺成型；所述第五复合材料通过多层玻璃纤维织物层及多层单向纱层采用树脂作为基体填充并模压形成；

所述电池模组包括：

内底板（1）；

电芯组件，设置于所述内底板（1）上；

端板（3），设置有两个，两个所述端板（3）分别设置在所述电芯组件沿第一方向的两侧并均与所述内底板（1）连接；

侧板（4），所述侧板（4）为四空腔拉挤型材且设置有两个，两个所述侧板（4）分别设置在所述电芯组件沿第二方向的两侧并均与所述内底板（1）连接，所述第二方向垂直于所述第一方向；

盖板（5），盖设于所述电芯组件上，并与所述端板（3）及所述侧板（4）分别连接；

所述内底板（1）、所述端板（3）及所述盖板（5）的材质均为第一复合材料，所述侧板（4）的材质为第二复合材料，所述第二复合材料通过多层玻璃纤维织物层及多层单向纱层采用树脂作为基体填充并拉挤形成；

所述盖板（5）包括依次连接的盖部（51）、连接部（52）及折弯部（53），所述盖部（51）盖设于所述电芯组件上，并与所述端板（3）及所述侧板（4）分别连接，所述连接部（52）位于一个所述端板（3）远离所述电芯组件的一侧，所述折弯部（53）平行于所述内底板（1）并与所述内底板（1）连接。

2.根据权利要求1所述的储能箱，其特征在于，所述第一复合材料通过多层玻璃纤维织物层采用树脂作为基体填充并模压形成，且所述玻璃纤维织物层的角度为0°或90°。

3.根据权利要求1所述的储能箱，其特征在于，所述玻璃纤维织物层的角度为45°，所述单向纱层的角度为0°。

4.根据权利要求3所述的储能箱，其特征在于，所述单向纱层为碳纤维层或玻璃纤维层。

5.根据权利要求1-4任一项所述的储能箱，其特征在于，所述电芯组件包括沿所述第一方向依次设置的多个电芯（21），所述电池模组还包括多个防火板（6），所述防火板（6）的材质为第三复合材料；

相邻两个所述电芯（21）之间设置有所述防火板（6），或者，每隔n个所述电芯（21）设置一个所述防火板（6），n≥2。

6.根据权利要求5所述的储能箱，其特征在于，所述第三复合材料包括依次层叠设置的至少一层陶瓷毡层、多层玻璃纤维织物层和至少一层陶瓷毡层，至少一层陶瓷毡层、多层玻璃纤维织物层和至少一层陶瓷毡层采用树脂作为基体填充并通过模压工艺成型。

7.根据权利要求5所述的储能箱，其特征在于，所述内底板（1）的顶面设置有多个凹槽（11），多个所述防火板（6）与多个所述凹槽（11）一一对应，每个所述防火板（6）安装于与其对应的所述凹槽（11）中。