CN205159401U - 一种搭接式动力电池模组 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种搭接式动力电池模组，包括两个以上的动力电池模组，每个动力电池模组中含有若干个单体动力电池；各单体动力电池的主框架结构边角上具有嵌套搭接结构，每个嵌套搭接结构上开设有贯穿孔；横向相邻的两个单体动力电池通过对应位置的嵌套搭接结构实现两者相互的嵌套对接；通过若干套长螺栓、一组紧固防护垫和螺母将动力电池模组中的各组件串连固定为一体。该模组是在原本独立的动力电池模块的框架结构上，设计出能够与其他模块相互嵌套的搭接结构，使排布位置相邻的模块可相互嵌套、彼此搭接，原电池模块间交界面上的固定螺栓孔减半，合并为共用的螺栓孔，能够有效缩减成组后动力电池模组的结构尺寸。

Description

一种搭接式动力电池模组

技术领域

本实用新型涉及电动汽车技术领域，尤其涉及一种电动汽车电池系统的动力电池模组。

背景技术

专利[专利号：CN201320842847.5，实用新型名称：一种动力电池模块结构]中所公布的动力电池模块中所使用的框架结构是目前所采用的典型积木式动力电池模块的组合结构，据此所设计的动力电池模块具有体积小、质量轻、串并联结构可任意组合等优点，其结构尺寸直接决定着动力电池模块的体积。由于动力电池模块的框架结构兼具如固定单体动力电池、实现风冷或液冷结构、预留固定电极连接片的螺孔等多项功能，故该框架结构一般为多孔、镂空的边框结构。为进一步提升电池模块，乃至电池系统的轻量化指标，其中一个常规途径就是不断缩减电池模块框架结构的边界尺寸。但是，框架结构的大小受限于单体动力电池，其结构尺寸的优化空间必然有一定极限。换言之，当单体动力电池的规格与制造框架的材料被选定后，基本上可以根据一般设计经验，确定所设计的动力电池模块的最小体积。因此，对于设计较成熟的动力电池模块而言，进一步优化其体积的设计空间是十分有限的，应开拓多种思路进行动力电池模块的轻量化设计。

在电池系统中，通常以单个动力电池模块为单位，通过阵列的方式将模块排布在箱体内，动力电池模块彼此之间在固定结构上并无关联，每个模块使用各自的固定螺栓(通常设置在其4个边角上)安装在箱体内。当电池系统边界设计条件要求较为苛刻时，以上做法不利于充分利用有限的设计空间。对于动力电池模块间不需预留空隙的情况(如在采用液冷结构的电池系统中，有时为压缩系统体积，并非在所有动力电池模块间的交界面处均留有空隙)，可以在模块间的交界面处设计出嵌套搭接结构，使相邻的两个动力电池模块组合为模组，并使用共用的螺栓固定，可缩减其结构设计尺寸。当所需排布的动力电池模块的行列数较多时，可缩减的结构尺寸将是十分可观的。

基于以上思路，在不大幅度改变模块结构和增加成本的基础上，缩减成组后动力电池模组的结构尺寸，是本实用新型要解决的问题。

实用新型内容

本实用新型的目的是提供一种搭接式动力电池模组，其能够有效缩减成组后动力电池模组的结构尺寸。

为实现上述目的，本实用新型采取以下设计方案：

一种搭接式动力电池模组，包括两个以上的动力电池模组，每个动力电池模组中含有若干个单体动力电池；

各单体动力电池的主框架结构边角上具有嵌套搭接结构，每个嵌套搭接结构上开设有贯穿孔；

横向相邻的两个单体动力电池通过对应位置的嵌套搭接结构实现两者相互的嵌套对接；

通过若干套长螺栓、一组紧固防护垫和螺母将动力电池模组中的各组件串连固定为一体。

所述搭接式动力电池模组中，上下相邻的每对单体动力电池的主框架之间留有长槽型散热风道。

所述搭接式动力电池模组中，所述横向相邻的两个单体动力电池实现相互嵌套对接采用异层嵌套搭接结构或同层嵌套搭接结构，其中：

所述的异层嵌套搭接结构：是在两个横向相邻的单体动力电池同层主框架之间的接合部位设计有相互匹配的凹凸结构，在下一层配对的主框架上，将凹凸结构进行对调，如此逐层反复对调；

所述的同层嵌套搭接结构：每个单体动力电池主框架的两个接合边角处在厚度方向上为“半凹半凸嵌套搭接结构”，且两个横向相邻的单体动力电池间的同层主框架上的边角处嵌套搭接结构相反。

所述搭接式动力电池模组中，所述的嵌套搭接结构为中间开有贯穿孔的“搭接耳”。

所述搭接式动力电池模组中，还配备有用于将各动力电池模块复原为可独立安装的动力电池模块的辅助零件；所述辅助零件为“U”型辅件或“嵌入式辅件”。

所述搭接式动力电池模组中，所述U型辅件为带有开口的块状结构，所述开口尺寸比长螺栓直径小且能够在套合长螺栓时将其卡紧，U型辅件的厚度与单体动力电池主框架的厚度相匹配。且除厚度外的外廓尺寸小于结合部位所留出的空隙，且在U型辅件上端面的边缘处制出倒角。

所述搭接式动力电池模组中，所述“嵌入式辅件”外形与嵌套搭接结构的“搭接耳”相同或相近，具有与嵌套搭接结构上开设的贯穿孔同径的贯穿孔。

所述搭接式动力电池模组中，所述一组紧固防护垫为一组弹簧垫圈，或为一组平垫，或为一组弹簧垫圈和一组平垫的组合，所述一组中的数量为一个以上。

本实用新型搭接式动力电池模组是在原本独立的动力电池模块的框架结构上，设计出能够与其他模块相互嵌套的搭接结构，使排布位置相邻的模块可相互嵌套、彼此搭接，原电池模块间交界面上的固定螺栓孔减半，合并为共用的螺栓孔，能够有效缩减成组后动力电池模组的结构尺寸。本实用新型还提出了两种各具特点的动力电池模块间的嵌套搭接结构，即“异层嵌套和同层嵌套搭接结构”。二者分别利用不同层与同层框架间的嵌套搭接结构，使相邻的动力电池模块相互嵌套，构成一体模组。此外，当该动力电池模组被拆分为独立的模块后，通过在拆分后搭接结构上的空隙内，添加结构形式简单的“辅助零件”，可在不大幅度增加成本的情况下，使动力电池模组复原为独立模块。

本实用新型的优点是：

1、本实用新型所公布的具有嵌套搭接结构的动力电池模组是通过缩减动力电池模块交界面处的固定安装结构尺寸，达到使动力电池模组轻量化的目的。

2、本实用新型提出了两种各具特点的嵌套搭接结构，即“异层和同层嵌套搭接结构”，分别利用不同层与同层主框架间的嵌套搭接结构，使相邻的动力电池模块相互嵌套、彼此搭接，构成一体的电池模组。

3、当这种相互嵌套的动力电池模组被拆分为独立的电池模块后，通过添加辅助零件，填补拆分后嵌套搭接结构上的空隙，可在不大幅度增加成本的情况下，使动力电池模块复原为可独立安装的电池模块。该动力电池模组既可拆分为独立模块，又可嵌套成为电池模组进行系统排布，具有较灵活的结构形式，特别适用于结构设计空间受限，且电池模块之间不需保留空隙的系统排布。

4、本实用新型所公布的动力电池模组中的主框架和端框架的结构在宽度与厚度方向上均是对称的，因此对于两种嵌套搭接结构所构成的动力电池模组，只需分别配备一种主框架，且二者共用同一种端框架，有利于降低前期设计与制造成本。

附图说明

图1为本实用新型搭接式动力电池模组一实施例结构示意图(具有异层嵌套搭接结构)。

图2为本实用新型搭接式动力电池模组另一实施例结构示意图(具有同层嵌套搭接结构)。

图3为本实用新型搭接式动力电池模组爆炸示意图。

图4为本实用新型异层嵌套搭接结构示意图(局部放大)。

图5为本实用新型主框架结构示意图(带有异层嵌套搭接结构)。

图6为本实用新型同层嵌套搭接结构结构示意图(局部放大)。

图7为本实用新型主框架结构示意图(带有同层嵌套搭接结构)。

图8为本实用新型端框架结构示意图。

图9为本实用新型复原后独立动力电池模块示意图。

图10为本实用新型拆分后动力电池模块上的空隙示意图。

图11为本实用新型U型辅件结构示意图。

图12为本实用新型U型辅件在独立动力电池模块上的组装示意图。

图13为本实用新型嵌入型辅件结构示意图。

图14为本实用新型嵌入型辅件在独立动力电池模块上的组装示意图。

图中：1-异层嵌套；2-同层嵌套；3-长螺栓；4-弹簧垫圈；5-平垫；6-端框架；7-单体动力电池；8、13-主框架；9-螺母；10-长槽型散热风道；11、14-搭接耳；12-凹凸相配的结构；15-半凹半凸嵌套搭接结构；16-交界面的空隙；17-U型辅件；18-嵌入式辅件；19、21-安装孔；20-没有固定孔的一角；22-U型开口；23-U型辅件外廓；24-倒角；25-嵌入式辅件外廓；26-凸台；27-搭接耳厚度。

下面结合附图及具体实施例对本实用新型做进一步的说明。

具体实施方式

参见图1和图2所示，本实用新型搭接式动力电池模组包括两个以上的动力电池模组(图中示出了两个动力电池模组)，每个动力电池模组中含有若干个单体动力电池。本实用新型提出了两种可选的组成动力电池模组的嵌套搭接结构，即异层嵌套搭接结构1和同层嵌套搭接结构2。

异层嵌套搭接结构1和同层嵌套搭接结构2二者共同的特点是在主框架8或主框架13和端框架6的边角上，设计出相互嵌套的搭接结构，即搭接耳11或搭接耳14，每个嵌套搭接结构(搭接耳11或搭接耳14)上开设有贯穿孔，横向相邻的两个单体动力电池通过对应位置的嵌套搭接结构实现两者相互的嵌套对接，如图3和图4所示。搭接耳11或搭接耳14在动力电池模块交界处逐层叠压在一起，利用长螺栓3将主框架8或13和端框架6上共轴的安装孔串连固定在一起，使相邻的动力电池模块组合成模组；所述的长螺栓3和串接的部件间可以垫护一组紧固防护垫(本实施例中采用一弹簧垫圈4和一平垫5)，在长螺栓3穿过所有的部件后用螺母9锁紧，将动力电池模组中的各组件串连固定为一体。

图3示出的是以同层嵌套搭接结构实现连接的动力电池模组以实例，异层嵌套搭接结构的动力电池模组的结构组成和安装顺序与其相似。

动力电池模组实施例1——异层嵌套搭接的两个动力电池模组(分别定义为第一、第二模组)：

异层嵌套搭接的动力电池模组是通过长螺栓3、弹簧垫圈4、平垫5和螺母9将动力电池模块中的端框架6、单体动力电池7和主框架13按照“端框架6(第一模组的)→端框架6(第二模组的)→单体动力电池7(第一模组的)→主框架8(第一模组的)→主框架8(第二模组的)→单体动力电池7(第二模组的)→，...，→主框架8(第一模组的)→主框架8(第二模组的)→单体动力电池7→(第一模组的)→端框架6(第二模组的)”的顺序，将各零件以一定的预紧力串连固定为一体。两个相邻的动力电池模块是通过位于端框架6和主框架13边角上的嵌套搭接结构连接成为动力电池模组。相邻的每对主框架8或13之间留有长槽型散热风道10，并通过铆钉固连成为独立小总成，参见图3(本实施例的安装顺序与其相似)。

如图4所示，异层嵌套搭接结构1是在两个动力电池模块同层主框架13之间的接合部位，设计出凹凸相配的结构12。在下一层配对的框架上，将凹凸结构在两个主框架13上进行对调。如此逐层反复对调，两个动力电池模块在接合部位便可嵌套搭接在一起。由于主框架13上的凹凸结构在其宽度方向上是相反的，因此所有主框架均具有相同的机械结构，无需设计出结构不同的主框架13。参见图5，虽然本实施例中的每个主框架13上只有三个固定孔19，但在没有固定孔的一角20，螺栓的预紧力经过嵌套搭接结构逐层传递，在框架之间形成摩擦力，因此该结构的固定方式是可靠的。对于每个动力电池模块，主框架13在接合边角上的凹凸结构是逐层交替的，依靠不同层框架间的搭接关系固连，故称该结构为“异层嵌套搭接结构1”。

动力电池模组实施例2——同层嵌套搭接的动力电池模组(参见图3的安装顺序)：

同层嵌套搭接的动力电池模组的结构组成和安装顺序，与异层嵌套搭接的实施例相似。只是在模块间接合处的结构形式有所差异，因此只需将其中的主框架进行更换，即可构成同层嵌套搭接的动力电池模组。

如图6所示，同层嵌套搭接结构2同样是在两个动力电池模块的接合部位，设计出凹凸嵌套结构15，但与异层嵌套搭接结构12不同的是，每个主框架8的两个边角处在厚度方向上为如图7所示的“半凹半凸嵌套搭接结构21”，两个边角上的凹凸结构在宽度方向上是相反的，这样的结构亦使得所有主框架8具有完全相同的机械结构；两个相邻模块同层框架间的边角凹凸结构亦相反，彼此搭接在一起。对于每个动力电池模块，主框架8在每个接合边角上的凹凸结构是相同的，同层框架间具有搭接关系，故称该结构为“同层嵌套搭接结构2”。

如上所述，对于两种嵌套搭接结构，由于主框架8或13上的搭接耳11或14在宽度方向上均是相反的，因此对于两种嵌套方案，分别只需配备一种主框架8或13即可，有利于降低设计和前期试制成本。

对于由异层嵌套搭接结构的主框架13所构成的动力电池模组，若其端框架也采用异层嵌套搭接结构1，则每个端框架均会有一边角不受约束的。因此，无论采用哪种嵌套搭接结构的主框架8或13，均需搭配如图8所示同层嵌套搭接结构所构成的端框架4，才能保证所组成的动力电池模组连接的合理性。

两种嵌套搭接结构相比，由异层嵌套搭接结构所构成的动力电池模组1，因每个主框架8上仅有三条螺栓穿连19，故比由同层嵌套搭接结构所构成的动力电池模组2可靠性略低，改进的方法是在长螺栓3与端框架6之间垫面积较大，且具有足够刚度的圆平垫或专门制作垫片，以扩大螺栓预紧力的传力面积，增加框架间的摩擦力。而由于同层嵌套结构主框架的搭接耳11，是在厚度方向上去掉一半材料而形成的，因此，当框架本身的厚度较薄时，搭接耳的强度较为薄弱，宜采用异层嵌套搭接结构1设计电池模组，或采用高强度的绝缘材料制作框架。

本实用新型公开的动力电池模组，可在拆分后复原为如图9所示的可独立安装的动力电池模块，在同时需要排布独立的电池模块与搭接式动力电池模组的场合，不必对模块结构进行调整，具有较强的灵活性与适应性。以上所述的具有嵌套搭接结构的电池模组在被拆分后，搭接处必然会留有空隙16。如果不填补此空隙16，直接将拆分后的电池模块作为独立模块进行固定安装，当长螺栓3上施加预紧力后，由于空隙16的存在，搭接耳11或14将会被压弯变形(搭接耳一般为塑料材质，机械强度较差)。因此，必须在空隙16处添加辅助零件，并与长螺栓3固定在一起，增加嵌套搭接部位的连接强度。(图9仅示例了U型辅件复原的独立动力电池模块，而以嵌入式辅件复原的独立动力电池模块与前者类似。)

本实用新型中采用两种可选的“辅助零件”填补空隙16。第一种辅助零件为“U型辅件”17，如图11所示，U型开口22尺寸比长螺栓3直径略小，当该U型辅件17被塞入空隙16内时，能够卡紧在长螺栓3上，防止脱落；但开口尺寸亦不宜过小，以防该辅件在安装或受到冲撞力时被胀裂，一般采用过盈量较小的公差配合即可。同时，如图12所示，U型辅件外廓23尺寸应略小于空隙16，且在其外廓边缘处制出倒角24，以便在长螺栓3穿连主框架8或13、端框架6后，使该辅件可轻松被压入到空隙16内。U型辅件17的特点是结构简单，便于安装。

第二种辅助零件为“嵌入式辅件18”，如图13和图14所示，该嵌入式辅件外廓25刚好与空隙相配，并且在该辅件上制出凸台26，使其在安装时可预先定位到搭接耳的孔内19。嵌入式辅件18的特点是承载长螺杆3轴向预紧力的接触面积较大，结构更加稳定可靠。但嵌入式辅件18在安装时，需在长螺杆3穿连主框架8或13、端框架6之前，预先装入咬合耳的孔内19，安装方式较为复杂。对于两种辅助零件的厚度都必须与搭接耳厚度27保持一致，否则将会使局部受力不均。

上述实施例中，主要是针对两个模组相接的情况，每个主框架8或13上有三个固定孔，如果是三个以上模组相接的情况，中间模组的每个主框架8边角上只可能设有两个固定孔，以实现两侧的对接，此种情况下，嵌套搭接部位的连接强度有可能不够强，可采取其他的补充措施，或在主框架8或13上用于邻接的边框上(中间区域段)设计有嵌套搭接结构，等等。

上述各实施例可在不脱离本实用新型的范围下加以若干变化，故以上的说明所包含应视为例示性，而非用以限制本实用新型申请专利的保护范围。

Claims (9)

1.一种搭接式动力电池模组，包括两个以上的动力电池模组，每个动力电池模组中含有若干个单体动力电池；其特征在于：

各单体动力电池的主框架结构边角上具有嵌套搭接结构，每个嵌套搭接结构上开设有贯穿孔；

横向相邻的两个单体动力电池通过对应位置的嵌套搭接结构实现两者相互的嵌套对接；

通过若干套长螺栓、一组紧固防护垫和螺母将动力电池模组中的各组件串连固定为一体。

2.如权利要求1所述的搭接式动力电池模组，其特征在于：上下相邻的每对单体动力电池的主框架之间留有长槽型散热风道。

3.如权利要求1或2所述的搭接式动力电池模组，其特征在于所述横向相邻的两个单体动力电池实现相互嵌套对接采用异层嵌套搭接结构或同层嵌套搭接结构，其中：

所述的异层嵌套搭接结构：是在两个横向相邻的单体动力电池同层主框架之间的接合部位设计有相互匹配的凹凸结构，在下一层配对的主框架上，将凹凸结构进行对调，如此逐层反复对调；

所述的同层嵌套搭接结构：每个单体动力电池主框架的两个接合边角处在厚度方向上为“半凹半凸嵌套搭接结构”，且两个横向相邻的单体动力电池间的同层主框架上的边角处嵌套搭接结构相反。

4.如权利要求3所述的搭接式动力电池模组，其特征在于：所述的嵌套搭接结构为中间开有贯穿孔的“搭接耳”。

5.如权利要求1或2所述的搭接式动力电池模组，其特征在于：还配备有用于将各单体动力电池复原为可独立安装的动力电池模块的辅助零件；所述辅助零件为“U型辅件”或“嵌入式辅件”。

6.如权利要求5所述的搭接式动力电池模组，其特征在于：所述“U型辅件”为带有开口的块状结构，所述开口尺寸比长螺栓直径小且能够在套合长螺栓时将其卡紧，“U型辅件”的厚度与单体动力电池主框架的厚度相匹配。

7.如权利要求6所述的搭接式动力电池模组，其特征在于：所述“U型辅件”除厚度外的外廓尺寸小于结合部位所留出的空隙空间，且在“U型辅件”上端面的边缘处制出倒角。

8.如权利要求5所述的搭接式动力电池模组，其特征在于：所述“嵌入式辅件”外形与嵌套搭接结构的“搭接耳”相同或相近，具有与嵌套搭接结构上开设的贯穿孔同径的贯穿孔。

9.如权利要求1或2所述的搭接式动力电池模组，其特征在于：所述一组紧固防护垫为一组弹簧垫圈，或为一组平垫，或为一组弹簧垫圈和一组平垫的组合，所述一组的数量为一个以上。