CN209447944U - 一种电池单体组件、电池模块及电池包 - Google Patents

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Abstract

本实用新型涉及储能器件技术领域，提供了一种电池单体组件、电池模块及电池包，电池单体组件，包括：两个以上的电池单体和绝缘膜，两个以上的电池单体堆叠设置，电池单体包括电极组件和电池壳体，电极组件容纳于所述电池壳体内，电极组件包括第一极片、第二极片以及设置于第一极片和第二极片之间的隔膜；绝缘膜包围两个以上的电池单体的外周，将两个以上的所述电池单体包裹在一起。本电池单体组件可减小了相邻电池单体之间的间隙，不仅有利于提高电池模块以及电池包的能量密度，同时也减小了绝缘膜的用量。

Description

一种电池单体组件、电池模块及电池包
技术领域
本实用新型涉及储能器件技术领域，尤其涉及一种电池单体组件、电池模块及电池包。
背景技术
二次电池具有能量密度大，使用寿命长，节能环保等优点，被广泛应用于新能源汽车中。
在现有技术中，电池单体的壳体为了保证足够的强度往往采用金属材料制成，为了满足电池单体的绝缘要求，在每个电池单体的壳体外周都会包裹上绝缘膜。当多个电池单体组装成电池模组时，需要将多个电池单体进行堆叠，因此在相邻的两个电池单体之间至少会具有两层绝缘膜，这不仅占用电池包内部体积，影响电池包的能量密度，同时还会增大绝缘膜的用量。
实用新型内容
为此，需要提供一种电池单体组件，用于解决现有技术中相邻两个电池单体之间至少具有两层绝缘膜，占用电池包内部体积，影响电池包的能量密度的技术问题。
为实现上述目的，发明人提供了一种电池单体组件，包括：
两个以上的电池单体，所述两个以上的电池单体堆叠设置，所述电池单体包括电极组件和电池壳体，所述电极组件容纳于所述电池壳体内，所述电极组件包括第一极片、第二极片以及设置于所述第一极片和所述第二极片之间的隔膜；以及
绝缘膜，包围所述两个以上的电池单体的外周，将所述两个以上的电池单体包裹在一起。
进一步的，相邻的两个所述电池单体之间设置有绝缘件。
进一步的，所述绝缘件的两侧表面分别与所述相邻的两个所述电池单体粘合。
进一步的，所述绝缘件具有弹性。
进一步的，所述电池单体还包括盖板，所述电池壳体具有开口，所述电池壳体包括一个端面、两个第一侧面以及两个第二侧面，其中，所述第一侧面的面积大于所述第二侧面的面积且大于所述端面的面积，相邻两个所述电池单体的第一侧面相互面对，所述一个端面、所述两个第一侧面和所述两个第二侧面围成容纳所述电极组件的腔体；
所述盖板覆盖所述开口，所述电池单体包括第一电极端子和第二电极端子，所述第一电极端子和所述第二电极端子设置在所述盖板上。
进一步的，所述绝缘膜包围所述两个以上的电池单体的所述第一侧面、所述第二侧面和所述端面。
进一步的，所述绝缘膜具有第一胶槽，所述第一胶槽与所述第一侧面相互面对，所述第一侧面的一部分通过所述第一胶槽露出，露出的所述第一侧面的一部分用于与胶连接。进一步的，所述绝缘膜具有第二胶槽，所述第二胶槽与所述端面相互面对，所述端面的一部分通过所述第二胶槽露出，露出的所述端面的一部分用于与胶连接。
为解决上述技术问题，还提供了另一技术方案：
一种电池模块，包括沿水平方向排列的两个以上的电池单体组件，以及与多个所述电池单体组件电连接的多个汇流排，其中，所述电池单体组件为以上任一技术方案中所述的电池单体组件。
进一步的，所述电池模块沿水平方向的尺寸大于所述电池模块沿竖直方向的尺寸，并且所述电极组件为卷绕式结构且为扁平状，所述电极组件的外表面包括两个扁平面，两个所述扁平面沿所述竖直方向相互面对；或，所述电极组件为叠片式结构，所述第一极片、所述隔膜和所述第二极片沿所述竖直方向层叠。
为解决上述技术问题，还提供了另一技术方案：
一种电池包，包括：
箱体，具有容置腔；以及
多个如以上任一技术方案中所述的电池模块，多个所述电池模块位于所述容置腔内。
区别于现有技术，上述技术方案电池单体组件包括两个以上的电池单体，并且通过绝缘膜将两个以上的电池单体包裹在一起从而形成电池单体组件，因此相邻的两个电池单体之间可以不用设置两层绝缘膜，有利于提高电池模块以及电池包的能量密度，同时也减小了绝缘膜的用量。
附图说明
图1为具体实施方式所述电池包的结构示意图；
图2a为具体实施方式所述电池模块与箱体粘接的示意图；
图2b为图2a中A的局部放大图；
图3为具体实施方式所述电池模块的结构示意图；
图4为具体实施方式所述电池单体组件的结构示意图；
图5为具体实施方式所述电池单体组件的爆炸图；
图6为具体实施方式所述电池单体的结构示意图；
图7为具体实施方式所述电池单体的爆炸图；
图8为具体实施方式所述绝缘膜的结构示意图；
图9为另一具体实施方式所述电池单体组件的结构示意图；
图10为具体实施方式所述绝缘膜的结构示意图；
图11为具体实施方式所述卷绕式结构的电极组件沿图7中D-D向的剖视图；
图12为具体实施方式所述卷绕式结构的电极组件沿图7中D-D向截面的外形轮廓示意图；
图13为具体实施方式所述叠片式结构的电极组件沿图7中D-D向的剖视图；
附图标记说明：
100、电池模块；
10、电池单体组件；
1、电池单体；
11、电极组件；
111、第一极片；
112、第二极片；
113、隔膜；
114、扁平面；
115、窄面；
110、第一侧面；
120、第二侧面；
130、端面；
12、电池壳体；
13、盖板；
14、转接片；
131、第一电极端子；
132、第二电极端子；
200、电池包；
210、下箱体；
220、上箱盖；
230、胶；
2、绝缘膜；
21、第二表面；
22、第三表面；
23、第一表面；
24、开口；
211、第一胶槽；
231、第二胶槽；
3、绝缘件；
31、胶；
5、第一汇流排；
6、第二汇流排；
具体实施方式
为详细说明技术方案的技术内容、构造特征、所实现目的及效果，以下结合具体实施例并配合附图详予说明。
在本申请的描述中，除非另有明确的规定和限定，术语“第一”、“第二”、仅用于描述的目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性；除非另有规定或说明，术语“多个”是指两个以上；术语“连接”、“固定”等均应做广义理解，例如，“连接”可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接，或电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
在本申请的描述中，所有附图中箭头A所指方向为长度方向，箭头B所指方向为宽度方向，箭头C所指方向为竖直方向。水平方向为平行于水平面的方向，既可以是上述长度方向也可以是上述宽度方向。另外，水平方向不仅包括绝对平行于水平面的方向，也包括了工程上常规认知的大致平行于水平面的方向。竖直方向为垂直于水平面的方向，竖直方向不仅包括绝对垂直于水平面的方向，也包括了工程上常规认知的大致垂直于水平面的方向。此外，本申请描述的“上”、“下”、“顶”、“底”等方位词均是相对于竖直方向来进行理解的。
请参阅图1，为一实施例中电池包200的结构示意图，电池包200包括箱体20和多个电池模块100，其中，箱体20包括下箱体210和上箱盖220，图 1中，电池包200的上箱盖220与下箱体210是呈分开状态的。其中，下箱体 210和上箱盖220配合形成具有容置腔250的密闭箱体，多个电池模块100位于容置腔250内。其中，箱体20可以由铝、铝合金或其他金属材料制成。多个电池模块100可以沿电池包200的长度方向并排设置，多个电池模块100 也可以沿电池包200的宽度方向并排设置。电池模块100包括沿水平方向排列的多个电池单体组件10以及与多个电池单体组件10电连接的多个第一汇流排5。其中，相邻的电池模块100之间可通过第二汇流排6相互电连接。
请参照图2a和图2b，图2a为电池模块与箱体粘接的示意图，图2b为图 2a中A部分的局部放大图。电池模块100中包括多个电池单体组件10，电池单体组件10表面具有绝缘膜2，绝缘膜2的第二表面21与箱体20的底壁以及箱体20顶壁相互面对，即绝缘膜2的第二表面21是朝向图中箭头C的方向。在绝缘膜2的第二表面21开设有第一胶槽211，在第一胶槽211内设置有胶230，电池模块100与所述箱体20之间通过胶230粘接。电池模块100 通过胶230与箱体20相连接，使电池模块100与箱体20形成一个整体，加强了箱体20与电池模块100之间的连接强度，因此提高了电池包200的整体刚度。由于绝缘膜2的表面较光滑，可能影响电池模块100与箱体20之间的粘接强度，在本实施例中，在电池单体组件10的绝缘膜2上开设有第一胶槽 211，绝缘膜2的第二表面21所面对的电池壳体12的一部分通过第一胶槽211露出，露出电池壳体12的部分用于与胶连接，从而可提高电池单体组件10 与胶230的粘接强度。并且，第一胶槽211可限制胶230在未凝固时向外溢流。
请参照图3，在一实施例中提供了一种电池模块100，电池模块100包括沿水平方向排列的多个电池单体组件10以及与多个电池单体组件10电连接的多个第一汇流排5。其中，电池单体组件10通过第一汇流排5可实现串联、并联或混联。
请参照图4和图5，在一实施例中提供了一种电池单体组件10，其中，图4为电池单体组件10的结构示意图；图5为电池单体组件10的爆炸图。电池单体组件10包括两个以上的电池单体1、绝缘膜2和绝缘件3。
两个以上的电池单体1堆叠设置，绝缘件3设置于相邻的两个电池单体1 之间，防止相邻的两个电池单体1的壳体12之间电连接。电池单体1可以为六面体结构，或近似六面体的其他结构。绝缘件3可以为薄片状结构。优选的，绝缘件3可以由橡胶、硅胶等具有弹性的绝缘材料制成，采用具有弹性的绝缘件3不仅可起到相邻两个电池单体1的绝缘作用，同时还可吸收电池单体1工作时的膨胀力。
如图5所示，在一实施例中，在绝缘件3的两侧表面分别设置有胶31，通过胶31可将绝缘件3分别与两个电池单体1粘合在一起，从而提高电池单体组件10的整体结构强度。优选地，可将绝缘件3的中部挖空，从而使胶31 贯穿绝缘件3并且直接与相邻的两个电池单体1的电池壳体12相粘接。
绝缘膜2包围两个以上的电池单体1的外周，将两个以上的电池单体1 包裹在一起，从而形成一个整体。其中，两个以上的电池单体1可堆叠设置，然后再由绝缘膜2沿堆叠好的两个以上电池单体1的外周缠绕，从而使暴露在外的电池壳体12的表面被绝缘膜2包裹。
如图6至图8所示，图6为电池单体1的结构示意图，图7为电池单体1 的爆炸图。
电池单体1包括电池壳体12、电极组件11和盖板13，电池壳体12可由铝、铝合金或镀镍钢等金属材料制成，电池壳体12可具有六面体形状或其他形状，且具有开口24。电极组件11容纳于电池壳体12内。电池壳体12的开口24覆盖有盖板13。盖板13上设置于盖板上的两个电极端子，两个电极端子分别为第一电极端子131和第二电极端子132。其中，第一电极端子131可以为正电极端子，第二电极端子132为负电极端子，在其他的实施例中，第一电极端子131还可以为负电极端子，而第二电极端子132为正电极端子。盖板13可以由铝、铝合金等金属材料制成，盖板13的尺寸与开口24的尺寸相适配。电极端子可通过焊接或通过铆钉等固定件固定于盖板13上。在盖板组件13与电极组件11之间设置有转接片14，电极组件11的极耳通过转接片 14与盖板13上的电极端子电连接。本实施例中，转接片14有两个，即分别为正极转接片和负极转接片。
请参照图11至图13，电极组件11包括第一极片111、第二极片112以及设置于所述第一极片111和所述第二极片112之间的隔膜113。其中，第一极片111可以为正极片，第二极片112为负极片。在其他的实施例中，第一极片111还可以为负极片，而第二电极为正极片。其中，隔膜113是介于第一极片111和第二极片112之间的绝缘体。正极片的活性物质可被涂覆在正极片的涂覆区上，负极片的活性物质可被涂覆到负极片的涂覆区上。由正极片的涂覆区延伸出的部分则作为正极极耳；由负极片的涂覆区延伸出的部分则作为负极极耳。正极极耳通过正极转接片连接于盖板13上的正电极端子，同样地，负极极耳通过负极转接片连接于盖板13上的负电极端子。
电池壳体12内设置有两个电极组件11，当然，在其他实施例中，在电池壳体12内也可设置有一个电极组件11，或者在电池壳体12内设置有三个以上的电极组件11。
如图6所示，电池单体1的电池壳体12大致为六面体结构，电池壳体12 包括两个第一侧面110、两个第二侧面120和一个端面130，第一侧面110的面积大于第二侧面120的面积并且大于端面130的面积，端面130即为与盖板13相互面对的端面。
优选地，电池模块100中，两个以上的电池单体1堆叠设置，并且相邻两个的电池单体1的第一侧面110相互面对。优选地，每个电池单体1中，两个第二侧面120沿水平方向(例如，箭头A所指的长度方向)相互面对，两个第一侧面110沿竖直方向(箭头C所指的方向)相互面对。其中，第一侧面110和第二侧面120之间可通过直角过渡，同样地，第一侧面110和第二侧面120之间也可通过圆弧曲面或多次折弯的曲面过渡。
在本实施例中，电池单体组件10通过绝缘膜将两个以上的电池单体1包裹在一起，因此相邻的两个电池单体1之间可不用设置双层绝缘膜，这不仅有利于提高电池模块100以及电池包200的能量密度，同时也减小了绝缘膜2 的用量。在本实施例中，电池单体组件10中具有两上电池单体1，而在其他实施例中，电池单体1可以为三个或更多。优选的，电池单体组件10中的电池单体1的数量为2～4个，即电池单体1堆叠的层数为不超过4层。
在图5所示的实施例中，相邻的两个电池单体1之间设置有绝缘件3。而在一些实施例中，同一电池单体组件中的各电池单体可相互并联，此时相邻的电池单体1之间可以不用设置绝缘件3，而将相邻的电池单体1的壳体12 直接贴靠在一起。
请参照图8所示，为绝缘膜2的结构示意图，与电池单体1的壳体12的形状相似，绝缘膜2大致为六面体结构，且具有开口，绝缘膜2包括一个第一表面23、两个第二表面21和两个第三表面22，其中，两个第二表面21相互面对，两个第三表面22相互面对。第一表面23、第二表面21、第三表面 22两两相互连接，并且大致呈垂直关系。一个第一表面23、两个第二表面21 和两个第三表面22共同围成容纳两个以上电池单体1的空腔。第一表面23 与电池单体1的端面130相互面对，第二表面21与第一侧面110相互面对，第三表面22与第二侧面120相互面对。
请参照图9和图10，图9为另一实施例电池单体组件的结构示意图，图10为该实施例中绝缘膜的结构示意图。与图4实施例中的电池单体组件不同之处在于，在图9所示的电池单体组件10中，在绝缘膜2上开设有第一胶槽 211，其中，第一胶槽211位于绝缘膜2的第二表面21，即电池单体1的第一侧面110相对的表面。第一胶槽211所在位置的绝缘膜挖除，从而使第一侧面110的一部分通过第一胶槽211露出，露出的第一侧面110的一部分用于与胶连。第一胶槽211用于容纳胶230，胶230与露出的第一侧面110接触。如图1、图2和图3所示，其中，在电池包200中，绝缘膜2上的第一胶槽 211是与箱体20的上箱盖220以及下箱体210相互面对的。通过胶230可将电池单体组件10的顶面直接与上箱盖220粘接，同样地，通过胶230将电池单体组件10的底面直接与下箱体210粘接。其中，所述胶230优选为结构胶。
如图10所示，在另一实施例中，绝缘膜2上还可开设有第二胶槽231，其中，第二胶槽231位于绝缘膜2的第一表面23(即与电池壳体12的端面 130相对的表面)，端面130的一部分通过第二胶槽231露出，露出的端面130 的一部分用于与胶连接。第二胶槽231内可容纳有胶，胶230与露出的端面 130接触。
如图3所示，电池模块100沿水平方向的尺寸L大于电池模块100沿竖直方向的尺寸H，其中，电池单体1的电极组件11可以图11所示的为卷绕式结构，电极组件11可以也可以为图13中所示的叠片式结构。
如图11所示，其中，第一极片111、隔膜113以及第二极片112均为带状结构，将第一极片111、隔膜113以及第二极片112依次层叠并卷绕两圈以上形成电极组件11，并且电极组件11呈扁平状。在电极组件11制作时，电极组件11可先卷绕成中空的圆柱形结构，卷绕之后再压平为扁平状。图12 为电极组件11的外形轮廓示意图，电极组件11的外表面包括两个扁平面114，两个扁平面114沿竖直方向(箭头C所指的方向)相互面对，即扁平面114 与电池壳体12的第一侧面110相对设置。其中，电极组件11大致为六面体结构，扁平面114大致平行于卷绕轴线且为面积最大的外表面。扁平面114 可以是相对平整的表面，并不要求是纯平面。两个扁平面114是相对电极组件11两侧的窄面115而言的，并且扁平面114的面积大于电极组件11的窄面115。
如图13所示，其中，电极组件11为叠片式结构，即电极组件11中具有多个第一极片111以及多个第二极片112，隔膜113设置在第一极片111和第二极片112之间。第一极片111、隔膜113、第二极片112依次层叠设置。其中，第一极片111、隔膜113和第二极片112沿竖直方向层叠(箭头C所指的方向)。
由于电极组件11在充放电过程中不可避免的会沿极片的厚度方向发生膨胀(在卷绕式结构的电极组件11中，沿垂直于扁平面114的方向膨胀力最大；在叠片式结构的电极组件11中，沿第一极片111和第二极片112的堆叠方向膨胀力最大)。
在现有技术中，电池模块100以及电池单体组件10的电池单体1中，电极组件11对电池壳体12施加最大膨胀力的方向都是朝向水平方向。由于电池模块100在沿水平方向的尺寸相比于竖直方向的尺寸大的多(例如，受到车辆的底盘高度尺寸限制，需要有更多的电池单体1沿水平方向堆叠，膨胀力累积大)，因此，现有电池模块100在水平方向上受到的膨胀力非常大，因此需要在电池模块100的水平方向两侧设置非常厚的端板以抵抗膨胀力，而端板加厚会降低电池模块100的能量密度。而本实施例中，电极组件11可以选用卷绕式结构或者叠片式结构。当电极组件11为卷绕式结构时，扁平面114 朝向竖直方向。当电极组件为叠片式结构时，第一极片111和第二极片112 沿竖直方向层叠。可见，电极组件11无论是采用卷绕式结构还是采用叠片式结构，电极组件11对电池壳体12施加最大膨胀力的方向都朝向竖直方向。
由于电极组件11对电池壳体12施加最大膨胀力的方向是朝向竖直方向，而竖直方向上堆叠的电池单体1个数较少。因此，相比于现有技术，本实施方式可以减小电池模块100的最大膨胀力，因此可选用体积更小的端板，从而提高电池模块100的能量密度。
如图3所示，在电池模块100中，电池单体组件10内的电池单体1沿竖直方向(箭头C所指的方向)堆叠的层数为2层。而在其他实施方式中，沿竖直方向堆叠的电池单体1的层数可以为1-5层。优选地，沿竖直方向堆叠的电池单体1的层数为2层或3层。
如图6所示，电池单体1中的两个第二侧面120沿水平方向(例如，箭头A所指的长度方向)相互面对，电池单体1中的两个第一侧面110沿竖直方向(箭头C所指的方向)相互面对。优选地，第一侧面110的面积大于所述第二侧面120的面积。
由于电池单体1在充放电过程中还会在电池壳体12内部产生气体，产生的气体会对电池壳体12施加作用力，从而加剧电池壳体12向外膨胀。由于本实施例的第一侧面110的面积大于第二侧面120的面积，并且电池单体1 中的两个第一侧面110沿竖直方向相互面对，因此产生的气体对电池壳体12 施加最大作用力的方向也是朝向竖直方向。相比于现有技术，进一步减少了电池模块100的最大膨胀力。

Claims (11)

1.一种电池单体组件，其特征在于，包括：
两个以上的电池单体，所述两个以上的电池单体堆叠设置，所述电池单体包括电极组件和电池壳体，所述电极组件容纳于所述电池壳体内，所述电极组件包括第一极片、第二极片以及设置于所述第一极片和所述第二极片之间的隔膜；以及
绝缘膜，包围所述两个以上的电池单体的外周，将所述两个以上的电池单体包裹在一起。
2.根据权利要求1所述的电池单体组件，其特征在于，相邻的两个所述电池单体之间设置有绝缘件。
3.根据权利要求2所述的电池单体组件，其特征在于，所述绝缘件的两侧表面分别与所述相邻的两个所述电池单体粘合。
4.根据权利要求2所述的电池单体组件，其特征在于，所述绝缘件具有弹性。
5.根据权利要求1所述的电池单体组件，其特征在于，所述电池单体还包括盖板，所述电池壳体具有开口，所述电池壳体包括一个端面、两个第一侧面以及两个第二侧面，其中，所述第一侧面的面积大于所述第二侧面的面积且大于所述端面的面积，相邻两个所述电池单体的第一侧面相互面对，所述一个端面、所述两个第一侧面和所述两个第二侧面围成容纳所述电极组件的腔体；
所述盖板覆盖所述开口，所述电池单体包括第一电极端子和第二电极端子，所述第一电极端子和所述第二电极端子设置在所述盖板上。
6.根据权利要求5所述的电池单体组件，其特征在于，所述绝缘膜包围所述两个以上的电池单体的所述第一侧面、所述第二侧面和所述端面。
7.根据权利要求6所述的电池单体组件，其特征在于，所述绝缘膜具有第一胶槽，所述第一胶槽与所述第一侧面相互面对，所述第一侧面的一部分通过所述第一胶槽露出，露出的所述第一侧面的所述一部分用于与胶连接。
8.根据权利要求7所述的电池单体组件，其特征在于，所述绝缘膜具有第二胶槽，所述第二胶槽与所述端面相互面对，所述端面的一部分通过所述第二胶槽露出，露出的所述端面的所述一部分用于与胶连接。
9.一种电池模块，其特征在于，包括沿水平方向排列的两个以上的电池单体组件，以及与多个所述电池单体组件电连接的多个汇流排，其中，所述电池单体组件为权利要求1至8中任一所述的电池单体组件。
10.根据权利要求9所述的电池模块，其特征在于，所述电池模块沿水平方向的尺寸大于所述电池模块沿竖直方向的尺寸，并且所述电极组件为卷绕式结构且为扁平状，所述电极组件的外表面包括两个扁平面，两个所述扁平面沿所述竖直方向相互面对；或，所述电极组件为叠片式结构，所述第一极片、所述隔膜和所述第二极片沿所述竖直方向层叠。
11.一种电池包，其特征在于，包括：
箱体，具有容置腔；以及
多个如权利要求9至10任一所述的电池模块，多个所述电池模块位于所述容置腔内。
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