CN209526128U - 基于18650锂电池的Pack成组技术模块化电池组 - Google Patents

Abstract

本实用新型属于新能源汽车行业pack电池包电池技术领域，具体公开一种基于18650锂电池的Pack成组技术模块化电池组，该电池组包括电池串并联组件、模块化单元固定组件、电池加热组件、电池散热组件和电池防火安全组件，电池串并联组件放置在电池防火安全组件内、且两者之间通过模块化单元固定组件连接，电池防火安全组件前后端外设有电池散热组件，电池防火安全组件下部设有电池加热组件。该电池组能够在低温条件下缩短预热时间，提高加热速率；减小由温度引起的电池化学反应差异性，减小电池压差；降低生产成本和装配操作难度，提高装配效率，从设计角度预防装配错误；降低电池包自然概率，提高电池模组安全性。

Description

基于18650锂电池的Pack成组技术模块化电池组

技术领域

本实用新型属于新能源汽车行业pack电池包电池技术领域，具体涉及一种基于18650锂电池的Pack成组技术模块化电池组。

背景技术

国内低速物流车一般采用自然冷却或自然升温方式，没有加热管理，在北方冬季低温状态下，锂电池化学反应活性降低，锂离子迁移变慢，负极表面锂离子还没有嵌入到负极中已经先还原成金属锂并在负极表面沉淀析出形成锂枝晶，即所谓的“析锂”，锂结晶沉积会刺穿隔膜造成电池内短路进而引起电池鼓包，因此冬季充电极易引发电池着火。

以空气为介质的热管理系统，热源为点热源，通过加热空气的方式给电池吹热风，热风传递过程中途热量散失，风道不合理，加热不均匀。以液体、相变材料为介质的热管理系统，适用于乘用车等生产售价成本较高的领域。无热管理系统，即自然散热，电池成组后外部与散热快，里面散热慢，导致电池内外活性差异性大，最终反映出来的外部特征电池容量、电池电压、放电速率等差异性大，最终影响电池的一致性。

电池包在低温下充电预热过程中加热速率慢，锂电池在低温下强行充电会造成“析锂”，锂结晶沉积会刺穿隔膜造成电池内短路进而引起电池鼓包；电池加热过程中热量分配不均匀，由电池温度不均匀导致电池差异性大，压差大，电池故障报警率高，压差大于即定等级后VCU会缩减输出功率或切断主回路电流，影响车辆正常使用；不同项目的电池包在装配过程的核心环节(经常出现短路打火装错现象)需对操作人员重新培训，工艺控制难度大，耗费时间长，人力成本高，不适用于批量生产；电池包整体性能安全性差，易引发自燃，安全隐患大。

发明内容

本实用新型的目的在于提供一种基于18650锂电池的Pack成组技术模块化电池组，该电池组能够在低温条件下缩短预热时间，提高加热速率；减小由温度引起的电池化学反应差异性，减小电池压差；降低生产成本和装配操作难度，提高装配效率，从设计角度预防装配错误；降低电池包自然概率，提高电池模组安全性。

实现本实用新型目的的技术方案：一种基于18650锂电池的Pack成组技术模块化电池组，该电池组包括电池串并联组件、模块化单元固定组件、电池加热组件、电池散热组件和电池防火安全组件，电池串并联组件放置在电池防火安全组件内、且两者之间通过模块化单元固定组件连接，电池防火安全组件前后端外设有电池散热组件，电池防火安全组件下部设有电池加热组件。

所述的电池串并联组件为多个，每个电池串并联组件内设有电池模组，电池模组内设有多个电芯单组。

所述的模块化单元固定组件包括第一固定螺杆、第二固定螺杆、第一模块化单元间串联铜排和第二模块化单元间串联铜排，上下堆叠的电池串并联组件之间通过第一固定螺杆、第二固定螺杆连接，左右相邻的电池串并联组件之间通过第一模块化单元间串联铜排和第二模块化单元间串联铜排压接。

所述的电池加热组件包括底部加热板和底部绝缘垫板，电池模组压在电池加热组件的底部绝缘垫板上，底部绝缘垫板下方设有底部加热板。

所述的电池防火安全组件包括电池模组上部绝缘板、模组上部压条、金属壳体、侧部挡板和模块化单元上部绝缘板，电池串并联组件的电池模组放置在金属壳体内，电池模组上部绝缘板通过模组上部压条压接固定在电池模组上部，模组上部压条上设有模块化单元上部绝缘板，侧部挡板位于金属壳体长度方向的两侧上。

所述的电池防火安全组件还包括燃烧物热量散发窗口，燃烧物热量散发窗口位于侧部挡板外侧。

所述的模块化单元上部绝缘板、侧部挡板、模组上部压条、燃烧物热量散发窗口均与金属壳体固定连接。

所述的电池散热组件包括风道固定件、中部金属固定件、抽风风扇和入风口，电池散热组件的风道固定件固定在金属壳体的前端外，抽风风扇与风道固定件之间、中部金属固定件与风道固定件之间均连接。

所述的电池散热组件还包括风道密封圈和风扇密封圈，风道密封圈位于金属壳体与风道固定件之间，风扇密封圈位于风道固定件与抽风风扇之间。

所述的电池散热组件还包括入风口挡板，入风口挡板固定在金属壳体的后端外。

本实用新型的有益技术效果在于：本实用新型的电池组在低温或高温的情况下，较短时间内提高或降低电池温度，保障电池在最佳温度范围内工作(20～50℃)，保证电池最佳充放电性能，延长电池寿命；电池温度差异性小(国外先进技术温差±2℃)，放电电压压差小于规定值，降低故障率，提升电池及整车性能，业界有利塑造良好企业声誉形象，提升竞争力；降低研发和生产成本；模块化具有独立功能和输入、输出，可独立使用，完成其它测试实验等科研项目；互换性与通用性强，可实现电池包成组方式多样化；兼容性强，可满足市场的不同需求；减少财产损失和人员伤亡，降低整个电池包燃烧概率，提高Pack成组技术模块化电池组的安全性。

本实用新型选用铝材质面热源，18650锂电池平铺在面热源上部，增加接触面积，通过电池重力压接方式增加增大热源与电池接触压力，减小热源与电池接触热阻(Rt单位℃/W)，采用热导率(λ单位W/m·k)高的铝和钢材料进行热传导，加快热传导速率，进而缩短电池低温下充电的预热时间；

本实用新型限定电池与热源的接触面积一致性、传递介质一致性和热源发热量的一致性，确保电池在加热过程中每一颗电池所受到传热的热量均一性，并保证电池吸收热量(Q单位W)与热量散失“收支平衡”；与此同时电池过热超过规定温度(t单位℃)后，则需对电池进行散热，采用强制风冷方式，每个基本单元配备一个风冷系统，所提供的风量为Qf(单位m3/h)，综上措施保证电池较小的温度差异性；

本实用新型将固定数量的电池组成基本单元，即模块化，形成具有特定子功能的子系统，其内含有加热散热、防火、模块化装配、一至的输入输出等独立功能，简化结构，具备模块化首尾安装结构，减少零部件数量，以基本单元为单位向外部订货并做到模块间共用；

本实用新型的机械结构隔挡，通过阻燃防火材料形成密封层，阻隔电解液回喷，当单体电池热失控后可燃流体喷出并燃烧，从结构上预留空间，让燃烧物在安全空间内燃烧殆尽，促使电解液按预定通道喷火，隔离火焰对电池本体燃烧进而造成连锁反应。

附图说明

图1为本实用新型所提供的一种基于18650锂电池的Pack成组技术模块化电池组的整体结构示意图；

图2为本实用新型所提供的一种基于18650锂电池的Pack成组技术模块化电池组的装配结构示意图；

图3为本实用新型所提供的电池模组的结构示意图；

图4、5为本实用新型所提供的电芯单组的结构示意图；

图6、7为本实用新型所提供的模块化电池组的组装结构示意图；

图8、9为本实用新型所提供的电池加热组件的结构示意图；

图10、11为本实用新型所提供的电池散热组件的结构示意图；

图12、13为本实用新型所提供的电池防火安全组件的结构示意图。

图中：

1为模块化单元上部绝缘板，2为金属壳体；

3为电池模组，301为电芯单组，302为模组间串联铜排，303为模组间并联铜排，304为电池模组总正连接点，305为电池模组总负连接点；

3011为18650锂电池单体，3012为电芯单组并联铜排，3013为负极导电铜排，3014为负极导电铜排，3015为锂电池固定装置，3016为电芯单组正极连接点，3017为电芯单组负极连接点；

4为入风口挡板；

5为电池散热组件，501为风道密封圈，502风道固定件，503中部金属固定件，504为风扇密封圈，505为抽风风扇，506为入风口；

6为侧部挡板，7为模组上部压条，8为底部绝缘垫板，9为底部加热板，11为电池模组上部绝缘板，12为燃烧物热量散发窗口，13为电池串并联组件，14为第一固定螺杆，15为第二固定螺杆，16为第一模块化单元间串联铜排，17为第二模块化单元间串联铜排。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本实用新型作进一步详细说明。

如图1至图12所示，本实用新型所提供的一种基于18650锂电池的Pack成组技术模块化电池组，该电池组包括模块化单元固定组件、电池串并联组件13、电池加热组件、电池散热组件5和电池防火安全组件，模块化单元固定组件包括第一固定螺杆14、第二固定螺杆15、第一模块化单元间串联铜排16和第二模块化单元间串联铜排17，电池串并联组件13包括电池模组3、及相关螺栓紧固件，电池加热组件包括底部加热板9和底部绝缘垫板8，电池防火安全组件包括电池模组上部绝缘板11、模块化单元上部绝缘板1和燃烧物热量散发窗口12。

如图2、3、4、5、6、7所示，电池串并联组件13至少有2个，例如电池串并联组件13为2个、3个或者4个。每个电池串并联组件13内含有1个电池模组3，每个电池模组3内含有至少有2个电芯单组301，例如每个电池模组3内含有6个电芯单组301。6个电芯单组301按图3所示方式平铺放置，如图4、5所示，电芯单组301内部所有18650锂电池单体3011垂直放置，在安装过程中18650锂电池单体3011正极朝上负极向下，并通过电芯单组并联铜排3012电阻焊接形成并联体，负极导电铜排3013与电芯单组并联铜排3012通过螺栓压接固定。最终电芯单组301形成了正负极连接点，实现多组串并联，分别是电芯单组正极连接点3016和电芯单组负极连接点3017。如图3、4、5所示，电芯单组301之间通过模组间串联铜排302和模组间并联铜排303分别与电芯单组正极连接点3016和电芯单组负极连接点3017螺栓连接紧固完成串并联，采用导电螺栓压接铜排紧固方式。最终电池模组3形成了模组总正和模组总负连接点，分别是电池模组总正连接点304和电池模组总负连接点305。

如图6、7所示，模块化单元固定组件包括第一固定螺杆14、第二固定螺杆15、第一模块化单元间串联铜排16和第二模块化单元间串联铜排17。每个电池串并联组件13自身四周伸出来的固定耳，此固定耳左右互补，上下互补，多个电池串并联组件13上下堆叠后，通过模块化单元固定组件的第一固定螺杆14和第二固定螺杆15在垂直方向上固定，在x、y方向上限位约束，每个固定耳都形成6个自由度完全约束，保障电池的机械安全性。导电串并联方式：左右相邻的两个电池串并联组件13通过模块化单元固定组件的第一模块化单元间串联铜排16和第二模块化单元间串联铜排17采用螺栓连接的方式压接固定，以满足该Pack成组技术模块化电池组的电压和容量的要求。

如图8、9所示，电池加热组件包括底部加热板9和底部绝缘垫板8。电池模组3靠自重(每个18650锂电池重量0.045kg左右)压接在电池加热组件的底部绝缘垫板8上，底部绝缘垫板8下方设有底部加热板9，底部加热板9的面热源在其最下面，加热实施方式的结构是普通的压接方式。有底部加热板9的面热源的特点是单位面积上的散热量一致，铝材质热导率高，减小传热内阻，可缩短电池在低温条件下预热时间，提高加热速率。

如图10、11所示，电池散热组件5包括风道密封圈501、风道固定件502、中部金属固定件503、风扇密封圈504、抽风风扇505、入风口506、入风口挡板4，电池散热组件5的风道固定件502通过螺栓固定在金属壳体2的前端外，抽风风扇505与风道固定件502之间、中部金属固定件503与风道固定件502之间均通过螺栓固定；风道密封圈501和风扇密封圈504作为配件保证风道的密封性均采用压接的方式固定，风道密封圈501位于金属壳体2与风道固定件502之间，风扇密封圈504位于风道固定件502与抽风风扇505之间；入风口506通过螺栓固定在金属壳体2的后端外。电池散热组件5形成了一个双通风道，冷空气由入风口506进入，由抽风风扇505采用抽风的方式将电池模组3内部热量通过热交换和热对流导出。为保障电池散热的一致性，须保证通过每一个电池的风量的一致，由于抽风风扇的风压风量较为集中，所以中部金属固定件503设置不同尺寸和间距的通风窗口保障每一个窗口的风压风量一致。电池模组3的总产热功率与抽风风扇505的工作功率保持一致，每个模块化单元配置一个抽风风散505，其具体工作电流及电压以及风量大小根据电池放电电流和峰值电流及持续时间定确定其产热量大小，单元化的电池更易管理，散热效果更佳，减小电池工作温度的差异性。

如图12、13、2、1所示，电池防火安全组件包括电池模组上部绝缘板11、模组上部压条7、金属壳体2、模块化单元上部绝缘板1、侧部挡板6和燃烧物热量散发窗口12。将电池模组3置入金属壳体2内，电池模组上部绝缘板11通过模组上部压条7压接固定在电池模组3上部，模组上部压条7通过螺栓与金属壳体2固定连接；模块化单元上部绝缘板1安装在模组上部压条7上，模块化单元上部绝缘板1通过螺钉固定在金属壳体2上；侧部挡板6安装在金属壳体2两侧，侧部挡板6通过螺钉固定在金属壳体2长度方向的两侧上，金属壳体2，每个侧部挡板6外侧各安装有一个燃烧物热量散发窗口12，燃烧物热量散发窗口12通过螺钉固定在金属壳体2上；此时如图11所示，模块化单元上部绝缘板1和电池模组上部绝缘板11之间形成燃烧物散热通道，并通过燃烧物热量散发窗口12散热排烟，当电芯热失控后喷出的电解液、燃烧物通过散热通道和燃烧物热量散发窗口12排放，减少燃烧物对正常电池的灼烧，保障电池模组3整体的安全性。

上面结合附图和实施例对本实用新型作了详细说明，但是本实用新型并不限于上述实施例，在本领域普通技术人员所具备的知识范围内，还可以在不脱离本实用新型宗旨的前提下作出各种变化。本实用新型中未作详细描述的内容均可以采用现有技术。

Claims (10)

1.一种基于18650锂电池的Pack成组技术模块化电池组，其特征在于：该电池组包括电池串并联组件、模块化单元固定组件、电池加热组件、电池散热组件(5)和电池防火安全组件，电池串并联组件放置在电池防火安全组件内、且两者之间通过模块化单元固定组件连接，电池防火安全组件前后端外设有电池散热组件(5)，电池防火安全组件下部设有电池加热组件。

2.根据权利要求1所述的一种基于18650锂电池的Pack成组技术模块化电池组，其特征在于：所述的电池串并联组件(13)为多个，每个电池串并联组件(13)内设有电池模组(3)，电池模组(3)内设有多个电芯单组(301)。

3.根据权利要求2所述的一种基于18650锂电池的Pack成组技术模块化电池组，其特征在于：所述的模块化单元固定组件包括第一固定螺杆(14)、第二固定螺杆(15)、第一模块化单元间串联铜排(16)和第二模块化单元间串联铜排(17)，上下堆叠的电池串并联组件(13)之间通过第一固定螺杆(14)、第二固定螺杆(15)连接，左右相邻的电池串并联组件(13)之间通过第一模块化单元间串联铜排(16)和第二模块化单元间串联铜排(17)压接。

4.根据权利要求3所述的一种基于18650锂电池的Pack成组技术模块化电池组，其特征在于：所述的电池加热组件包括底部加热板(9)和底部绝缘垫板(8)，电池模组(3)压在电池加热组件的底部绝缘垫板(8)上，底部绝缘垫板(8)下方设有底部加热板(9)。

5.根据权利要求4所述的一种基于18650锂电池的Pack成组技术模块化电池组，其特征在于：所述的电池防火安全组件包括电池模组上部绝缘板(11)、模组上部压条(7)、金属壳体(2)、侧部挡板(6)和模块化单元上部绝缘板(1)，电池串并联组件(13)的电池模组(3)放置在金属壳体(2)内，电池模组上部绝缘板(11)通过模组上部压条(7)压接固定在电池模组(3)上部，模组上部压条(7)上设有模块化单元上部绝缘板(1)，侧部挡板(6)位于金属壳体(2)长度方向的两侧上。

6.根据权利要求5所述的一种基于18650锂电池的Pack成组技术模块化电池组，其特征在于：所述的电池防火安全组件还包括燃烧物热量散发窗口(12)，燃烧物热量散发窗口(12)位于侧部挡板(6)外侧。

7.根据权利要求6所述的一种基于18650锂电池的Pack成组技术模块化电池组，其特征在于：所述的模块化单元上部绝缘板(1)、侧部挡板(6)、模组上部压条(7)、燃烧物热量散发窗口(12)均与金属壳体(2)固定连接。

8.根据权利要求7所述的一种基于18650锂电池的Pack成组技术模块化电池组，其特征在于：所述的电池散热组件(5)包括风道固定件(502)、中部金属固定件(503)、抽风风扇(505)和入风口(506)，电池散热组件(5)的风道固定件(502)固定在金属壳体(2)的前端外，抽风风扇(505)与风道固定件(502)之间、中部金属固定件(503)与风道固定件(502)之间均连接。

9.根据权利要求8所述的一种基于18650锂电池的Pack成组技术模块化电池组，其特征在于：所述的电池散热组件(5)还包括风道密封圈(501)和风扇密封圈(504)，风道密封圈(501)位于金属壳体(2)与风道固定件(502)之间，风扇密封圈(504)位于风道固定件(502)与抽风风扇(505)之间。

10.根据权利要求9所述的一种基于18650锂电池的Pack成组技术模块化电池组，其特征在于：所述的电池散热组件(5)还包括入风口挡板(4)，入风口挡板(4)固定在金属壳体(2)的后端外。