CN209217036U - 基于圆柱电池的标准模组结构、电池包及车辆 - Google Patents

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Abstract

提供一种基于圆柱电池的标准模组结构，以及包括该模组结构的电池包和具有该电池包的车辆。所述模组结构包括多个电池模组单元以及将多个电池模组单元固定的紧固组件，其中，相邻的所述多个电池模组单元彼此镜像布置，各个电池模组单元的正极面向彼此，负极彼此相对且朝向模组结构的外侧，其中，各个电池模组单元的正极之间设有隔热板。本实用新型的基于圆柱电池的标准模组结构采用电芯负极冷却方案，保证了电池模组的高效散热，使用时更加安全，具有冷却效率高、冷却液泄露风险小以及加工成本低等优点，同时电池模组连接方式简单、结构紧凑，成组效率高。

Description

基于圆柱电池的标准模组结构、电池包及车辆
技术领域
本实用新型总的涉及车辆领域，尤其是新能源车辆(电动车辆、混合动力车辆)领域。更具体地，涉及一种基于圆柱电池的标准模组结构，以及包括该模组结构的电池包和具有该电池包的车辆。
背景技术
用于新能源车辆的圆柱电池模组主要是由多个圆柱形的单体电芯串并联连接形成电池组之后，再采用外围结构固定的方式组装成组。由于圆柱电芯尺寸小，成组方式多样，导致市面上的圆柱电池模组种类繁多，不便于模组的标准化、成本降低以及回收利用。目前针对圆柱电芯的标准模组研究较少，而且圆柱电芯的电流切断装置(currentinterrupt device，CID)基本集成在正极，模组设计时考虑到电连接的便利性大多将相邻串电芯交错颠倒布置，使得部分电芯的CID被挡住，单体电芯发生热失控时气体无法快速排出，严重时可能导致电池包起火甚至爆炸。
实用新型内容
本实用新型的目的就在于解决上述现有技术中存在的问题，提出一种基于圆柱电池的标准模组结构，实现较高成组率(电芯重量占模组的比重)，同时兼顾安全特性。
为此，根据本实用新型的一个方面，提供一种基于圆柱电池的标准模组结构，所述模组结构包括多个电池模组单元以及将多个电池模组单元固定的紧固组件，其中，相邻的所述多个电池模组单元彼此镜像布置，各个电池模组单元的正极面向彼此，负极彼此相对且朝向模组结构的外侧，其中，各个电池模组单元的正极之间设有隔热板。
根据上述技术构思，本实用新型可进一步包括任何一个或多个如下的可选形式。
在某些可选形式中，各个电池模组单元的负极外侧设有导热垫和/或冷却板。
在某些可选形式中，各个电池模组单元包括多个串并联设置的单体电芯、容纳并固定多个单体电芯的第一端盖和第二端盖，以及分别固定在第一端盖和第二端盖的外侧并与单体电芯的正负极连接的正极汇流排和负极汇流排。
在某些可选形式中，布置有正极汇流排的第一端盖上设有至少一个凸块，以在相邻的电池模组单元的正极之间形成散热间隙。
在某些可选形式中，位于所述隔热板同侧的相邻的电池模组单元通过Z形跨接汇流排连接正极汇流排和负极汇流排。
在某些可选形式中，所述Z形跨接汇流排与电池模组单元的正极汇流排或负极汇流排一体形成。
在某些可选形式中，位于所述隔热板不同侧的相邻的电池模组单元的其中之一在正极汇流排上设有正极引出排，另一个电池模组单元的负极汇流排上设有负极引出排，其中，所述正极引出排和所述负极引出排之间通过跨接排连接。
在某些可选形式中，所述紧固组件包括将位于所述隔热板不同侧的相邻的电池模组单元固定的多个螺栓，以及将位于所述隔热板同侧的相邻的电池模组单元固定的紧固带。
根据本实用新型的另一个方面，提供一种用于车辆动力电池系统的电池包，包括至少一个上述的基于圆柱电池的标准模组结构。
根据本实用新型的又一个方面，提供一种车辆，所述车辆包括动力电池系统，其中，所述动力电池系统包括上述的用于车辆动力电池系统的电池包。
本实用新型的基于圆柱电池的标准模组结构采用电芯负极冷却方案，保证了电池模组的高效散热，使用时更加安全，具有冷却效率高、冷却液泄露风险小以及加工成本低等优点，同时电池模组连接方式简单、结构紧凑，成组效率高。
附图说明
本实用新型的其它特征以及优点将通过以下结合附图详细描述的可选实施方式更好地理解，附图中相同的标记标识相同或相似的部件，其中：
图1是根据本实用新型一种实施方式的基于圆柱电池的标准模组结构的分解示意图；
图2是模组结构中单个电池模组单元的分解示意图；
图3是模组结构中Z形跨接汇流排的示意图；
图4是图1所示模组结构组装完成的示意图；
图5是模组结构的截面示意图，示出了电芯发生热失控后的气体扩散路径；
图6是布置有导热垫和冷却板的模组结构的分解示意图。
具体实施方式
下面详细讨论实施例的实施和使用。然而，应当理解，所讨论的具体实施例仅仅示范性地说明实施和使用本实用新型的特定方式，而非限制本实用新型的范围。在描述时各个部件的结构位置例如上、下、顶部、底部等方向的表述不是绝对的，而是相对的。当各个部件如图中所示布置时，这些方向表述是恰当的，但图中各个部件的位置改变时，这些方向表述也相应改变。
在图1至图6所示实施方式中，以21700电芯以及32P4S的配置作为示例。应理解的是，这并不意味着本实用新型仅适用于所示电芯模组，针对实际需要，基于本实用新型的构思可适当变换，从而同样能够适用于当前市场上的18650类圆柱动力电池，以及变换为1S、2S、3S、6S和12S的布置。
结合图1和图2所示，在该实施方式中，模组结构包括四个彼此镜像布置的电池模组单元，各个电池模组单元的正极面向彼此，负极彼此相对且朝向模组结构的外侧。例如，一个电池模组单元10与一个电池模组单元20镜像相对，正极面向彼此，其间设有隔热板50，同时，该电池模组单元10与另一电池模组单元20布置于隔热板50的同侧并且侧面镜像相对。
如图2所示，以电池模组单元10为例，其包括多个串并联设置的单体电芯13、容纳并固定多个单体电芯13的第一端盖14和第二端盖15，以及分别固定在第一端盖14和第二端盖15的外侧并与单体电芯13的正负极连接的正极汇流排11和负极汇流排12。其中，第一端盖14上开设有多个沉孔，电芯正极部分嵌入沉孔内以固定电芯，第二端盖15上开设有多个通孔，电芯负极穿入通孔。这里可根据实际需要确定配合长度，配合长度一方面需考虑电芯的牢固程度，保证电芯在振动过程中不能松动，另一方面需考虑负极汇流排12的结构以及导热效率。之后，电芯的正负极可通过电阻焊分别与正极汇流排11和负极汇流排12连接。
电池模组单元20可与电池模组单元10类似，或者，可如图1所示的，在汇流排的设计上稍许不同。例如，电池模组单元10在正极汇流排11上可设有正极引出排17，而电池模组单元20则在负极汇流排21上设有负极引出排22。然而，并不排除电池模组单元10具有负极引出排，而电池模组单元20具有正极引出排的方式。
为了实现相邻电池模组单元之间的电连接，在某些实施方式中，位于隔热板50同侧的相邻的电池模组单元可通过Z形跨接汇流排40连接正极汇流排和负极汇流排。结合图3所示，Z形跨接汇流排40可被设置为具有与电池模组单元20的正极汇流排连接的第一连接部41、与电池模组单元10的负极汇流排12连接的第二连接部42，以及连接第一连接部41和第二连接部42并与电池模组单元的外壁贴靠的转折部43。Z形跨接汇流排40与负极汇流排12的连接可采用激光焊接或其他焊接方法。在某些实施方式中，Z形跨接汇流排40能够与电池模组单元的正极汇流排或负极汇流排一体形成。例如，在图1所示实施方式中，Z形跨接汇流排40的第一连接部41构成电池模组单元20的正极汇流排。对于位于所述隔热板50不同侧的相邻的电池模组单元，由于正极引出排17和负极引出排22的设置，可通过跨接排30实现两个电池模组单元之间的连接。这里的连接可采用例如螺钉的方式。
此外，位于隔热板50不同侧的相邻的电池模组单元可通过例如多个螺栓60实现固定，各个电池模组单元以及隔热板上设有相应的螺纹孔。当电池模组单元10、20与隔热板50通过螺栓固定连接之后，可采用紧固带70，例如钢带，将四个电池模组单元固定为整体，如图4所示的。
本实用新型中通过将电池模组单元的正极均朝向隔热板，负极均朝向模组结构的外侧，能够有效地实现高效率散热。这是因为，在电芯发生热失控时，设置在正极处的隔热板可阻挡喷射气流，当隔热板由例如云母材料制成时，其超高耐温性以及较好的强度能够更好地实现对热气流的阻挡，防止热气流对电芯的损伤；同时，负极汇流排的导热面积大，有利于对模组结构整体的良好散热。
在某些实施方式中，以电池模组单元10为例，布置有正极汇流排11的第一端盖14上设有至少一个凸块16，从而在相邻的电池模组单元组装完成之后，彼此面对的正极之间可形成散热间隙80a、80b，如图4所示。以这种方式，电芯发生热失控后气体由正极上的CID排出，高速高温喷射气体到达隔热板50后受到阻挡，喷射气流能够被引导通过散热间隙80a、80b而逸出模组结构，如图5中箭头所示的，从而提高了模组的安全性能。
在某些实施方式中，如图6所示，还可在各个电池模组单元的负极外侧设有导热垫90和/或冷却板100来对模组结构进行温度控制。导热垫90的一侧可自带粘性，组装时可将其粘贴在负极汇流排12的外侧并压紧，然后布置冷却板100。导热垫90和冷却板100可如图6所示设置为单个整体以供多个电池模组单元共用，或者亦可如图1中隔热板50那样针对各个电池模组单元设置为多个。由此，电芯充放电产生的热量能够由负极传递到负极汇流排，随后通过导热垫和冷却板并经由冷却液导出。
这里应当理解的是，图1至图6所示实施方式仅显示了根据本实用新型的圆柱电池标准模组结构的可选形状、尺寸和布置方式，即，针对21700电芯以及32P4S的配置，然而其仅为示意而非限制，在不背离本实用新型的思想和范围的情况下，亦可采取其他形状、尺寸和布置方式。本实用新型结合圆柱电芯能量密度高以及成本低的优点，具有良好的成本和技术竞争力。
以上已揭示本实用新型的技术内容及技术特点，然而可以理解，在本实用新型的创作思想下，本领域的技术人员可以对上述公开的构思作各种变化和改进，但都属于本实用新型的保护范围。上述实施方式的描述是例示性的而不是限制性的，本实用新型的保护范围由权利要求所确定。

Claims (10)

1.一种基于圆柱电池的标准模组结构，其特征在于，所述模组结构包括多个电池模组单元(10、20)以及将多个电池模组单元固定的紧固组件，其中，相邻的所述多个电池模组单元彼此镜像布置，各个电池模组单元的正极面向彼此，负极彼此相对且朝向模组结构的外侧，其中，各个电池模组单元的正极之间设有隔热板(50)。
2.根据权利要求1所述的基于圆柱电池的标准模组结构，其特征在于，各个电池模组单元的负极外侧设有导热垫(90)和/或冷却板(100)。
3.根据权利要求1所述的基于圆柱电池的标准模组结构，其特征在于，各个电池模组单元包括多个串并联设置的单体电芯(13)、容纳并固定多个单体电芯的第一端盖(14)和第二端盖(15)，以及分别固定在第一端盖(14)和第二端盖(15)的外侧并与单体电芯(13)的正负极连接的正极汇流排(11)和负极汇流排(12)。
4.根据权利要求3所述的基于圆柱电池的标准模组结构，其特征在于，布置有正极汇流排(11)的第一端盖(14)上设有至少一个凸块(16)，以在相邻的电池模组单元的正极之间形成散热间隙(80a、80b)。
5.根据权利要求3所述的基于圆柱电池的标准模组结构，其特征在于，位于所述隔热板(50)同侧的相邻的电池模组单元通过Z形跨接汇流排(40)连接正极汇流排和负极汇流排。
6.根据权利要求5所述的基于圆柱电池的标准模组结构，其特征在于，所述Z形跨接汇流排(40)与电池模组单元的正极汇流排或负极汇流排一体形成。
7.根据权利要求3所述的基于圆柱电池的标准模组结构，其特征在于，位于所述隔热板(50)不同侧的相邻的电池模组单元的其中之一在正极汇流排(11)上设有正极引出排(17)，另一个电池模组单元的负极汇流排上设有负极引出排(22)，其中，所述正极引出排(17)和所述负极引出排(22)之间通过跨接排(30)连接。
8.根据权利要求1所述的基于圆柱电池的标准模组结构，其特征在于，所述紧固组件包括将位于所述隔热板(50)不同侧的相邻的电池模组单元固定的多个螺栓(60)，以及将位于所述隔热板(50)同侧的相邻的电池模组单元固定的紧固带(70)。
9.一种用于车辆动力电池系统的电池包，其特征在于，所述电池包包括至少一个根据权利要求1至8任一项所述的基于圆柱电池的标准模组结构。
10.一种车辆，所述车辆包括动力电池系统，其特征在于，所述动力电池系统包括根据权利要求9所述的用于车辆动力电池系统的电池包。
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