CN117458066A - 全固态电池模组及其装配方法 - Google Patents

Abstract

本发明属于电池生产制造技术领域，具体涉及一种全固态电池模组及其装配方法，全固态电池模组包括：外壳；缓冲梁，为空心管状结构，缓冲梁由弹性材料制成，缓冲梁安装于外壳内，缓冲梁的长度方向沿第一方向布置，缓冲梁设有一个或多个，缓冲梁沿第二方向将外壳分隔为至少两个腔体；第二方向与第一方向垂直；多个电芯，每组的各电芯沿第二方向堆叠，各组电芯分别被收容于各腔体内，且电芯与缓冲梁之间存在预紧力。本发明能够为电芯提供充足的预紧力，抑制和吸收电芯的膨胀，电芯的最大位移量被限制在较小的范围内，从而避免拉扯极耳。本申请解决了现有技术中的全固态电池模组易失效的问题。

Description

全固态电池模组及其装配方法

技术领域

本发明属于电池生产制造技术领域，具体涉及一种全固态电池模组及其装配方法。

背景技术

固态电芯膨胀量、膨胀力及所需的预紧力均非常大，当前常用的吸收电芯膨胀的缓冲材料的可压缩范围有限，且相对较软，无法满足固态电芯的应用需求。大模组中往往存在数十个电芯，所有电芯自由膨胀时，某些电芯位移非常大，会拉扯极耳，使得极耳焊接失效，从而导致模组失效。

发明内容

本发明的主要目的在于提供一种全固态电池模组及其装配方法，以解决现有技术中的全固态电池模组易失效的问题。

为了实现上述目的，根据本发明的一个方面，提供了一种全固态电池模组，包括：外壳；缓冲梁，为空心管状结构，缓冲梁由弹性材料制成，缓冲梁安装于外壳内，缓冲梁的长度方向沿第一方向布置，缓冲梁设有一个或多个，缓冲梁沿第二方向将外壳分隔为至少两个腔体；第二方向与第一方向垂直；多个电芯，各电芯的长度方向沿第一方向间隔设置，各电芯的大面与第二方向垂直，各电芯被分为至少两组，每组的各电芯沿第二方向堆叠，各组电芯分别被收容于各腔体内，且电芯与缓冲梁之间存在预紧力；缓冲梁由两部分对称设置的形变部围合而成，形变部包括平板部，以及平板部的上下两侧设置的斜板部，平板部与第二方向垂直，斜板部与第二方向成一定夹角，两形变部上下两端的斜板部分别相互连接。

进一步地，缓冲梁与外壳的顶壁和/或底壁连接。

进一步地，缓冲梁与外壳的顶壁和/或底壁可拆卸地连接。

进一步地，缓冲梁的上侧和/或下侧设有凸耳，外壳的顶壁和/或底壁上设有限位孔，凸耳插接于限位孔内。

进一步地，外壳的顶壁和/或底壁上对应缓冲梁位置设有加强筋，限位孔形成于加强筋上。

进一步地，缓冲梁内部设有弹性元件，弹性元件被配置为其作用于缓冲梁的弹力能够使缓冲梁产生沿第二方向膨胀的趋势。

进一步地，弹性元件包括螺旋弹簧或气弹簧。

根据本发明的另一方面，提供了一种全固态电池模组的装配方法，全固态电池模组的装配方法用于组装上述的全固态电池模组，包括如下步骤：提供外壳、缓冲梁及多个电芯；将各电芯堆叠为多个电芯组；将电芯组与缓冲梁交替排列，并将外壳的两个侧壁与最外侧的电芯组贴合，用工装从两个侧壁的外侧将侧壁、各电芯组以及缓冲梁夹紧，并保持一定的预紧力；翻转工装，使侧壁、各电芯组以及缓冲梁的长度方向变为竖直状态；将外壳的顶壁和底壁分别贴合在侧壁、各电芯组以及缓冲梁的两侧，并使缓冲梁的凸耳插接于顶壁和底壁上的限位孔内，将顶壁和底壁分别与侧壁连接；再次翻转工装，使侧壁、各电芯组以及缓冲梁的长度方向变为水平状态；将外壳的两个端壁贴合在侧壁、各电芯组以及缓冲梁的两端，并将端壁与侧壁、顶壁和底壁连接，电池模组装配完成。

进一步地，外壳的顶壁、底壁、侧壁和端壁之间采用铆接或焊接方式连接。

应用本发明的技术方案，将电池模组内的电芯分隔在多个腔体内，每个腔体之间设置缓冲梁，缓冲梁一方面能够为电芯提供充足的预紧力，抑制和吸收电芯的膨胀，另一方面每个腔体内的电芯被单独约束，每个腔体内电芯的最大位移量被限制在较小的范围内，从而避免拉扯极耳。

附图说明

构成本申请的一部分的说明书附图用来提供对本发明的进一步理解，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。在附图中：

图1是本发明的实施例所提供的全固态电池模组的局部爆炸图；

图2是本发明的实施例所提供的全固态电池模组的爆炸图；

图3是本发明的实施例所提供的电芯与缓冲梁的装配结构示意图；

图4是本发明的实施例所提供的缓冲梁的立体图；

图5是本发明的实施例所提供的缓冲梁的局部立体图；

图6是本发明的实施例所提供的顶壁的立体图；

图7是本发明的实施例所提供的缓冲梁的立体剖切结构示意图；

图8是本发明的另一实施例所提供的缓冲梁的立体剖切结构示意图；

图9是本发明的实施例所提供的装配方法的其中一个过程的装配示意图；

图10是本发明的实施例所提供的装配方法的另一过程的装配示意图；

图11是本发明的实施例所提供的装配方法的又一过程的装配示意图。

其中，上述附图包括以下附图标记：

11、顶壁；12、底壁；13、侧壁；14、端壁；15、限位孔；16、加强筋；20、缓冲梁；21、凸耳；22、平板部；23、斜板部；24、螺旋弹簧；25、气弹簧；30、电芯。

具体实施方式

需要说明的是，在不冲突的情况下，本申请中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。下面将参考附图并结合实施例来详细说明本发明。

需要注意的是，这里所使用的术语仅是为了描述具体实施方式，而非意图限制根据本申请的示例性实施方式。如在这里所使用的，除非上下文另外明确指出，否则单数形式也意图包括复数形式，此外，还应当理解的是，当在本说明书中使用术语“包含”和/或“包括”时，其指明存在特征、步骤、操作、器件、组件和/或它们的组合。

需要说明的是，本申请的说明书和权利要求书及上述附图中的术语“第一”、“第二”等是用于区别类似的对象，而不必用于描述特定的顺序或先后次序。应该理解这样使用的术语在适当情况下可以互换，以便这里描述的本申请的实施方式例如能够以除了在这里图示或描述的那些以外的顺序实施。此外，术语“包括”和“具有”以及他们的任何变形，意图在于覆盖不排他的包含，例如，包含了一系列步骤或单元的过程、方法、系统、产品或设备不必限于清楚地列出的那些步骤或单元，而是可包括没有清楚地列出的或对于这些过程、方法、产品或设备固有的其它步骤或单元。

现在，将参照附图更详细地描述根据本申请的示例性实施方式。然而，这些示例性实施方式可以由多种不同的形式来实施，并且不应当被解释为只限于这里所阐述的实施方式。应当理解的是，提供这些实施方式是为了使得本申请的公开彻底且完整，并且将这些示例性实施方式的构思充分传达给本领域普通技术人员，在附图中，为了清楚起见，有可能扩大了层和区域的厚度，并且使用相同的附图标记表示相同的器件，因而将省略对它们的描述。

结合图1至图11所示，提供了一种全固态电池模组。全固态电池模组包括：外壳；缓冲梁20，缓冲梁20为空心管状结构，缓冲梁20由弹性材料制成，缓冲梁20安装于外壳内，缓冲梁20的长度方向沿第一方向布置，缓冲梁20设有一个或多个，缓冲梁20沿第二方向将外壳分隔为至少两个腔体；第二方向与第一方向垂直；多个电芯30，各电芯30的长度方向沿第一方向间隔设置，各电芯30的大面与第二方向垂直，各电芯30被分为至少两组，每组的各电芯30沿第二方向堆叠，各组电芯30分别被收容于各腔体内，且电芯30与缓冲梁20之间存在预紧力；缓冲梁20由两部分对称设置的形变部围合而成，形变部包括平板部22，以及平板部22的上下两侧设置的斜板部23，平板部22与第二方向垂直，斜板部23与第二方向成一定夹角，两形变部上下两端的斜板部23分别相互连接。

请参阅图1-11所示，本发明提供一种全固态电池模组及其装配方法，以解决固态电池膨胀量大，极耳无法有效连接的问题。应当理解，固态电池是一种使用固体电极和固体电解液的电池，固态电池一般功率密度较低，能量密度较高；固态电池具有的密度以及结构可以让更多带电离子聚集在一端，传导更大的电流，进而提升电池容量，因此，同样的电量，固态电池体积将变得更小；不仅如此，固态电池中由于没有电解液，封存将会变得更加容易，在汽车等大型设备上使用时，也不需要再额外增加冷却管、电子控件等，不仅节约了成本，还能有效减轻重量；然而，固态电池的膨胀现象也更加明显，由于膨胀量过大，现有的汇流排很容易对极耳造成拉扯，导致极耳虚焊或断裂，这也成为固态电池应用于新能源汽车的一个关键技术难题。本发明将电池模组内的电芯30分隔在多个腔体内，每个腔体之间设置缓冲梁20，缓冲梁20一方面能够为电芯30提供充足的预紧力，抑制和吸收电芯30的膨胀，另一方面每个腔体内的电芯30被单独约束，每个腔体内电芯30的最大位移量被限制在较小的范围内，从而避免拉扯极耳。

请参阅图1-11所示，以下结合具体实施例对本发明的技术方案进行详细说明：

实施例1：

请参阅图1-8所示，一种全固态电池模组，包括外壳、缓冲梁20和多个电芯30，缓冲梁20为空心管状结构，缓冲梁20由弹性材料制成，缓冲梁20安装于外壳内，缓冲梁20的长度方向沿第一方向布置。

请参阅图1-3所示，本实施例中，缓冲梁20设有两个，应当理解，缓冲梁20的数量可以根据电池模组的实际规模适当增加或缩减，例如当电池模组中包含的电芯30数量较多时，可适当增加缓冲梁20的数量，而当电池模组中的电芯30数量较少时，可以适当减少缓冲梁20的数量，以确保每两个相邻的缓冲梁20之间的电芯30数量或缓冲梁20与外壳侧板之间的电芯30数量维持在预设数量以内，在一个具体实施例中，预设数量例如可以是10-20个。

请参阅图1-3所示，缓冲梁20沿第二方向将外壳分隔为至少两个腔体；第二方向与第一方向垂直；各电芯30的长度方向沿第一方向设置，各电芯30的大面与第二方向垂直，各电芯30被分为至少两组，每组的各电芯30沿第二方向堆叠，各组电芯30分别被收容于各腔体内，且电芯30与缓冲梁20之间存在预紧力。应当理解的是，本实施例中，电芯30为扁平状结构，电芯30沿第二方向堆叠形成的堆叠体在第二方向上的膨胀量最大，而其余方向上的膨胀量仅仅是单个电芯的膨胀量，因此对电池模组的结构和极耳影响较小，本发明仅针对堆叠体在第二方向上产生的膨胀进行控制。第一方向可选为电池包的长度方向。

缓冲梁20与外壳的顶壁11和/或底壁12连接。缓冲梁20与外壳的顶壁11和/或底壁12可拆卸地连接。

缓冲梁20的上侧和/或下侧设有凸耳21，外壳的顶壁11和/或底壁12上设有限位孔15，凸耳21插接于限位孔15内。

请参阅图1、2、4-6所示，本实施例中，外壳包括顶壁11、底壁12、两个侧壁13以及两个端壁14，其共同围合成用于收容电芯30的空间，应当理解，顶壁11、底壁12、两个侧壁13以及两个端壁14可以是分体式结构，也可以是其中几个部件组合成一体式结构，各部件之间例如可以采用铆接、焊接等方式固定。

请参阅图1、2、4-6所示，本实施例中，缓冲梁20的与外壳的顶壁11和底壁12连接，在进一步优选方案中，缓冲梁20与外壳的顶壁11和底壁12可拆卸地连接，具体的，缓冲梁20的上侧和下侧设有凸耳21，外壳的顶壁11和底壁12上设有限位孔15，凸耳21插接于限位孔15内。可以理解的是，缓冲梁20通过凸耳21与外壳的顶壁11和底壁12都成限位配合，一方面能够防止缓冲梁20沿第二方向发生偏移，另一方面，在电池模组组装过程中，凸耳21能够对顶壁11和底壁12的安装起到辅助定位作用。应当理解，缓冲梁20的具体连接方式和连接位置并不是唯一的，例如在本发明的其它一些实施例中，缓冲梁20例如可以仅与顶壁11连接或者仅与底壁12连接，亦或者缓冲梁20的两端可以与端壁14连接。

请参阅图1、2、6所示，本实施例中，外壳的顶壁11和底壁12上对应缓冲梁20位置设有加强筋16，限位孔15形成于加强筋16上，在具体实施例中，加强筋16例如可以是与顶壁11或底壁12一体式冲压成型的结构，例如加强筋16可以是平板状的顶壁11或底壁12上冲压处的凹槽，应当理解，在其它一些实施例中，加强筋16例如也可以是顶壁11或底壁12上设置的凸棱。进一步地，外壳的顶壁11、底壁12中的至少一个对应缓冲梁20位置设有加强筋16，限位孔15形成于加强筋16上。

请参阅图4、5所示，缓冲梁20由两部分对称设置的形变部围合而成，形变部包括平板部22，以及平板部22的上下两侧设置的斜板部23，平板部22与第二方向垂直，斜板部23与第二方向成一定夹角，两形变部上下两端的斜板部23分别相互连接。可以理解的是，平板部22能够与电芯30之间形成更大的贴合面，避免电芯30局部受力而产生凹陷、变形，斜板部23能够引导缓冲梁20溃缩，使缓冲梁20有序的向下两侧形变，并将膨胀产生的作用力释放到顶壁11和底壁12上，避免电池模组内部应力过大而产生安全隐患。

请参阅图7、8所示，本实施例中，缓冲梁20内部设有弹性元件，弹性元件被配置为其作用于缓冲梁20的弹力能够使缓冲梁20产生沿第二方向膨胀的趋势。可以理解的是，弹性元件能够增大缓冲梁20的抗形变能力，进而提高对电芯30的预紧力，进一步抑制电芯30的膨胀。

请参阅图7所示，在一具体实施例中，弹性元件包括螺旋弹簧24，应当理解，在其它一些实施例中，弹性元件也可以用其它结构代替，例如图8所示实施例中，弹性元件也可以是气弹簧25。也即是说，弹性元件包括螺旋弹簧24或气弹簧25。

实施例2：

本请参阅图9-11所示，本实施例提供一种全固态电池模组的装配方法，包括如下步骤：

步骤1：提供外壳、缓冲梁20及多个电芯30；

步骤2：将各电芯30堆叠为多个电芯组，各电芯30之间可以根据设计需要进行串联或并联；

步骤3：将电芯组与缓冲梁交替排列，并将外壳的两个侧壁13与最外侧的电芯组贴合，用工装从两个侧壁13的外侧将侧壁13、各电芯组以及缓冲梁20夹紧，并保持一定的预紧力；

步骤4：翻转工装，使侧壁13、各电芯组以及缓冲梁20的长度方向变为竖直状态；

步骤5：将外壳的顶壁11和底壁12分别贴合在侧壁13、各电芯组以及缓冲梁20的两侧，并使缓冲梁20的凸耳21插接于顶壁11和底壁12上的限位孔15内，将顶壁11和底壁12分别与侧壁13连接；

步骤6：再次翻转工装，使侧壁13、各电芯组以及缓冲梁20的长度方向变为水平状态；

步骤7：将外壳的两个端壁14贴合在侧壁13、各电芯组以及缓冲梁20的两端，并将端壁14与侧壁13、顶壁11和底壁12连接，电池模组装配完成。

在具体实施例中，外壳的顶壁11、底壁12、侧壁13和端壁14之间例如可以采用铆接或焊接方式连接。

本实施例提供的全固态电池模组的装配方法利用缓冲梁20本身的定位结构即凸耳21对顶壁11和底壁12进行定位省去了电芯30装配工艺中冗余的定位过程，保证装配质量的同时提高了装配效率。

综上，本发明将电池模组内的电芯30分隔在多个腔体内，每个腔体之间设置缓冲梁20，缓冲梁20一方面能够为电芯30提供充足的预紧力，抑制和吸收电芯30的膨胀，另一方面每个腔体内的电芯30被单独约束，每个腔体内电芯30的最大位移量被限制在较小的范围内，从而避免拉扯极耳。

为了便于描述，在这里可以使用空间相对术语，如“在……之上”、“在……上方”、“在……上表面”、“上面的”等，用来描述如在图中所示的一个器件或特征与其他器件或特征的空间位置关系。应当理解的是，空间相对术语旨在包含除了器件在图中所描述的方位之外的在使用或操作中的不同方位。例如，如果附图中的器件被倒置，则描述为“在其他器件或构造上方”或“在其他器件或构造之上”的器件之后将被定位为“在其他器件或构造下方”或“在其他器件或构造之下”。因而，示例性术语“在……上方”可以包括“在……上方”和“在……下方”两种方位。该器件也可以其他不同方式定位（旋转90度或处于其他方位），并且对这里所使用的空间相对描述作出相应解释。

除上述以外，还需要说明的是在本说明书中所谈到的“一个实施例”、“另一个实施例”、“实施例”等，指的是结合该实施例描述的具体特征、结构或者特点包括在本申请概括性描述的至少一个实施例中。在说明书中多个地方出现同种表述不是一定指的是同一个实施例。进一步来说，结合任一实施例描述一个具体特征、结构或者特点时，所要主张的是结合其他实施例来实现这种特征、结构或者特点也落在本发明的范围内。

在上述实施例中，对各个实施例的描述都各有侧重，某个实施例中没有详述的部分，可以参见其他实施例的相关描述。

以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。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)

1.一种全固态电池模组，其特征在于，包括：

外壳；

缓冲梁（20），所述缓冲梁（20）为空心管状结构，所述缓冲梁（20）由弹性材料制成，所述缓冲梁（20）安装于所述外壳内，所述缓冲梁（20）的长度方向沿第一方向布置，所述缓冲梁（20）设有一个或多个，所述缓冲梁（20）沿第二方向将所述外壳分隔为至少两个腔体；所述第二方向与所述第一方向垂直；

多个电芯（30），各所述电芯（30）的长度方向沿所述第一方向间隔设置，各所述电芯（30）的大面与所述第二方向垂直，各所述电芯（30）被分为至少两组，每组的各所述电芯（30）沿所述第二方向堆叠，各组所述电芯（30）分别被收容于各所述腔体内，且所述电芯（30）与所述缓冲梁（20）之间存在预紧力；

所述缓冲梁（20）由两部分对称设置的形变部围合而成，所述形变部包括平板部（22），以及所述平板部（22）的上下两侧设置的斜板部（23），所述平板部（22）与所述第二方向垂直，所述斜板部（23）与所述第二方向成一定夹角，两所述形变部上下两端的所述斜板部（23）分别相互连接。

2.根据权利要求1所述的全固态电池模组，其特征在于，所述缓冲梁（20）与所述外壳的顶壁（11）和/或底壁（12）连接。

3.根据权利要求2所述的全固态电池模组，其特征在于，所述缓冲梁（20）与所述外壳的顶壁（11）和/或底壁（12）可拆卸地连接。

4.根据权利要求3所述的全固态电池模组，其特征在于，所述缓冲梁（20）的上侧和/或下侧设有凸耳（21），所述外壳的顶壁（11）和/或底壁（12）上设有限位孔（15），所述凸耳（21）插接于所述限位孔（15）内。

5.根据权利要求4所述的全固态电池模组，其特征在于，所述外壳的顶壁（11）和/或底壁（12）上对应所述缓冲梁（20）位置设有加强筋（16），所述限位孔（15）形成于所述加强筋（16）上。

6.根据权利要求1所述的全固态电池模组，其特征在于，所述缓冲梁（20）内部设有弹性元件，所述弹性元件被配置为其作用于所述缓冲梁（20）的弹力能够使所述缓冲梁（20）产生沿所述第二方向膨胀的趋势。

7.根据权利要求6所述的全固态电池模组，其特征在于，所述弹性元件包括螺旋弹簧（24）或气弹簧（25）。

8.一种全固态电池模组的装配方法，所述全固态电池模组的装配方法用于组装权利要求1至7中任意一项所述的全固态电池模组，其特征在于，包括如下步骤：

提供外壳、缓冲梁（20）及多个电芯（30）；

将各所述电芯（30）堆叠为多个电芯组；

将所述电芯组与所述缓冲梁（20）交替排列，并将所述外壳的两个侧壁（13）与最外侧的所述电芯组贴合，用工装从两个所述侧壁（13）的外侧将所述侧壁（13）、各所述电芯组以及所述缓冲梁（20）夹紧，并保持一定的预紧力；

翻转所述工装，使所述侧壁（13）、各所述电芯组以及所述缓冲梁（20）的长度方向变为竖直状态；

将所述外壳的顶壁（11）和底壁（12）分别贴合在所述侧壁（13）、各所述电芯组以及所述缓冲梁（20）的两侧，并使所述缓冲梁（20）的凸耳（21）插接于所述顶壁（11）和所述底壁（12）上的限位孔内，将所述顶壁（11）和所述底壁（12）分别与所述侧壁（13）连接；

再次翻转所述工装，使所述侧壁（13）、各所述电芯组以及所述缓冲梁（20）的长度方向变为水平状态；

将所述外壳的两个端壁贴合在所述侧壁（13）、各所述电芯组以及所述缓冲梁（20）的两端，并将所述端壁与所述侧壁（13）、所述顶壁（11）和所述底壁（12）连接，电池模组装配完成。

9.根据权利要求8所述的全固态电池模组的装配方法，其特征在于，所述外壳的所述顶壁（11）、所述底壁（12）、所述侧壁（13）和所述端壁之间采用铆接或焊接方式连接。