CN210403831U - 电池包和电动车 - Google Patents

Abstract

本申请提供了一种电池包和电动车，电池包包括：电池箱，所述电池箱包括首尾顺次连接的第一边框、第三边框、第二边框和第四边框，所述第一边框和第二边框相对设置，所述第三边框和第四边框相对设置；多个单体电池，所述单体电池具有长度、厚度和介于所述长度和厚度之间的高度，所述多个单体沿厚度方向排列在电池箱的所述第三边框与所述第四边框之间，且所述多个单体电池沿长度方向的两端分别支撑在所述第一边框和所述第二边框上；所述第三边框和所述第四边框上分别设有用于约束所述多个单体电池的形状和位移变化的限位结构。本申请的电池包不仅能量密度高，稳定性也大大提高。

Description

电池包和电动车

技术领域

本申请属于电池领域，具体涉及一种电池包和电动车。

背景技术

在相关技术中，动力电池包的包体多由横梁、纵梁分割成多个电池模组的安装区域；电池模组通过螺钉等方式，固定在横梁或纵梁上。电池模组包括依次排列的多个单体电池，多个单体电池排列形成电池阵列，在电池阵列外部设置有端梁和/或侧梁；一般同时包含端梁和侧梁，端梁和侧梁固定，围成容纳电池阵列的空间。同时，端梁和侧梁通过螺钉连接，或者通过拉杆等其他连接件连接，以实现对电池阵列的固定，组成电池模组。

单体电池先组装成电池模组，再将电池模组安装在电池包内，不仅生产效率低，且电池包的重量较大，为了提高能量密度，相关技术中直接将单体电池组装在电池包中，取消了电池模组的中间工序，然而，模组的端板的其中之一的作用是抵抗电芯的膨胀，现有的电池包箱体无法转移至电芯膨胀，电芯膨胀后会导致箱体变形，箱体结构的可靠性会下降；同时电芯膨胀变形后会对电芯内部结构产生影响，造成电解液对卷芯浸润不充分，长时间使用会造成析锂，电芯的使用寿命大幅度下降。

实用新型内容

为此，本申请提供了一种电池包，不仅能量密度高，而且电池包的稳定性提高，包括：电池箱，所述电池箱包括首尾顺次连接的第一边框、第三边框、第二边框和第四边框，所述第一边框和第二边框相对设置，所述第三边框和第四边框相对设置；多个单体电池，所述单体电池具有长度、厚度和介于所述长度和厚度之间的高度，所述多个单体沿厚度方向排列在电池箱的所述第三边框与所述第四边框之间，且所述多个单体电池沿长度方向的两端分别支撑在所述第一边框和所述第二边框上；所述第三边框和所述第四边框上分别设有用于约束所述多个单体电池的形状和位移变化的限位结构。

在一些实施方式中，至少一个限位结构抵靠在与所述限位结构临近的单体电池的侧面上。

在一些实施方式中，至少一个限位结构与所述限位结构临近的单体电池之间设有预定间隙。

在一些实施方式中，所述限位结构包括内侧板和外侧板，所述内侧板和外侧板之间限定有空腔；所述空腔内设有多个间隔设置的加强筋。

在一些实施方式中，所述限位结构的平均厚度为20~25mm，所述内侧板的平均厚度为2~6mm, 所述加强筋的平均厚度为0~2mm,。

在一些实施方式中，所述单体电池包括分别位于所述单体电池长度方向的两端的极柱，所述第一边框和/所述第四边框的高度低于所述极柱的高度。

在一些实施方式中，所述第一边框、第二边框、第三边框和第四边框的内壁面设有台阶，所述单体电池的两端支撑在所述第一边框和第二边框的台阶上，临近所述第三边框和所述第四边框的单体电池的底面支撑在所述第三边框和所述第四边框的台阶上。

在一些实施方式中，所述单体电池的侧面对应与所述第一边框、第二边框、第三边框和第四边框的内壁密封连接。

在一些实施方式中，所述限位结构分别与所述第一边框和第二边框一体成型，所述第一边框、所述第二边框、所述第三边框和所述第四边框之间的连接面通过激光焊接，所述第一边框、第二边框与所述第三边框、第四边框之间的连接面由所述电池包外部至所述电池包内部为非平面。

本申请的第二个方面提供了一种电动车，包括上述所述的电池包。与现有技术相比，本申请具有的有益效果为：本申请中多个单体电池直接排列在电池包中，无需模组框架结构，且电池包的边框上设有限位结构，能够抵抗单体电池的膨胀力，提高电池包的稳定性。

附图说明

图1为本申请的实施方式中提供的电池包的结构示意图；

图2为图1中限位结构和第三边框的剖面图；

图3为电池包的前视图；

图4为第一边框和第三边框焊接示意图；

图5为图4中区域A的局部放大图。

附图标记说明书

1、单体电池，11、极柱，2、电池包，31、第一边框，32、第二边框，33、第三边框，34、第四边框，4、限位结构，41、内侧板，42、外侧板，43、加强筋，5 、焊缝，61、第一台阶，62、第二台阶，63、第三台阶，64、第四台阶。

具体实施方式

为详细说明本申请技术方案的技术内容，以及实现的技术效果，以下结合具体的实施例中并配合附图详细说明。

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”是指两个或两个以上；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。

本说明书的描述中，需要理解的是，本申请实施例所描述的“内”是指靠近电池包2内单体电池1的一侧，“外”是指远离电池包2内单体电池1的一侧。

请参阅图1和图5，本申请提供一种电池包2，包括，电池箱，电池箱包括首尾顺次连接的第一边框31、第三边框33、第二边框32、和第四边框34，第一边框31和第二边框32相对设置，所述第三边框33和第四边框34相对设置。

第一边框31、第二边框32、第三边框33和第四边框34可以一体成型、也可以分体设置，然后固定连接，固定的方式可以为螺钉固定或者焊接固定，第一边框31、第二边框32、第三边框33和第四边框34的材料本申请也不做限定，可以是铝合金，也可以是钢材。

电池箱中设有多个单体电池1，所述单体电池1具有长度、厚度和介于所述长度和厚度之间的高度，所述多个单体沿厚度方向排列在电池箱的所述第三边框33和第四边框34之间，所述单体电池1包括长度方向的第一端和第二端，所述第一端支撑在所述第一边框31上，所述第二端支撑在所述第二边框32上。

所述第三边框33和所述第四边框34上设有限位结构4，限位结构用于约束单体电池的形状和位移发生改变。例如，单体电池由于过充、短路或者其他热失控时容易发生膨胀，限位结构可用于约束单体电池膨胀。

多个单体电池1直接排列在电池包2中，无需模组框架，因此电池包2外壳内的安装空间利用提高，电池包2外壳内安装的单体电池1数量增加，提高了电池包2的电池容量，提高了续航能力。

此外，由于无需模组框架，单体电池1可以更加紧密地排列在电池包2外壳内，进一步提高了电池包2外壳内的安装空间利用率，增加单体电池1的数量。

由于无需模组框架，减少了元件数量和组装工序，降低了成本。

单体电池1具有长度、厚度和介于所述长度和厚度之间的高度，至少部分所述单体沿厚度方向排列在电池箱内，也就是说单体电池1 可以为长度*高度的侧面正对贴合，大面正对的排列方式便于实现密堆，且多个单体电池1形成的电池阵列的整体刚度大，这样可以极大地提高电池包2内的安装空间利用率，增加单体电池1的数量。

现有技术中，单体电池1均是支撑于底板，对底板的刚度和强度要求高，就需要设置较多的横梁和纵梁来增强底板的支撑强度和刚度，进一步挤占了电池包2外壳内有限的空间，若去掉横梁和纵梁则电池包2无法提供足够的承重力。

本申请中，单体电池1两端支撑在第一边框31和第二边框32上，充分利用了刚度和强度较大的边框的性能，这样底板无需起到主要承重的作用，也就使去掉托盘中的横梁和纵梁成为可能，释放出来的空间可以用于布置更多的矩形单体电池1。

由于，本申请中，单体电池1直接组装在电池包2内，省掉了模组的中间环节，单体电池1由于短路、或者过充、热失控等原因会造成电池发生膨胀，现有一般是通过模组的端板起到抵抗电池的膨胀，而在本申请中，在第三边框33、第四边框34上设置限位结构4，当电池发生膨胀时，限位结构可以起到抵抗电池的膨胀。

在正常情况下，在一种实施方式中，至少一个限位结构4抵靠在与所述限位结构4临近的单体电池1的侧面上。这里说的抵靠可以是单体电池1的大面（长*高）与限位结构4刚刚接触，彼此之间不施加力，也可以轻微受力。

在另外一种实施方式中，限位结构4与邻近限位结构4的单体电池1之间设有预定间隙，彼此之间也可以不接触，单体电池1的大面与限位结构4之间不接触，彼此预留一定的间隙，由此可以在电池发生膨胀时，提供缓冲空间，预留的间隙可以在实际的应用过程中灵活设置，在此不作特殊限定。

为了制造工艺简单，第一边框31，第二边框32、第三边框33和第四边框34的高度大致相等，单体电池1的两端支撑在第一边框31和第二边框32之间，多个单体电池1形成的电池阵列的会高于电池包2的边框，在本申请中，限位结构4的高度高于第三边框33和第四边框34，以便于电池发生膨胀时，限位结构4能更好的与单体电池1的大面发生贴合，从而更好的抵抗单体电池1的膨胀。

限位结构4与第一边框31和第二边框32可以一体成型，电池包2的电池箱往往是直接浇铸而成的，将设置于第三边框33和第四边框34上的限位结构4直接与电池箱一同浇铸而成。

根据本申请提供的电池包2，限位结构4包括内侧板41和外侧板42，所述内侧板41和外侧板42之间限定有空腔。所述空腔内设有多个间隔设置的加强筋43。也就是说，限位结构4为中空的型材支撑，限位结构4的中空腔用于提供碰撞吸能性，且能实现电池包2的轻量化，限位结构4的中空腔内的加强筋43可以增强限位结构4的强度和刚度，从而能更好的抵抗电池的膨胀，且强度和刚度完全满足安装电池阵列的要求。

为了使限位结构4更好的抑制单体电池1的膨胀力，本申请的发明人通过拓扑优化的手段，来对限位结构4与抑制单体电池1的膨胀进行相关性计算，优化变量为梁宽、与电芯接触面的壁厚、内部加强筋43壁厚三个参数，在经过多次实验后发现，当内侧板41限位结构4的平均厚度为2~6mm；加强筋43的平均厚度为0~2mm；内侧板41限位结构4和所述外侧板42限位结构4之间的最小间距为20~25mm，可以满足单体电池1在25kN的膨胀力，限位结构4的变形量小于1.5mm，单体电池1的膨胀可以内侧板41限位结构4有效的抑制，并且对箱体结构不会产生影响，电池系统的可靠性更高。

本申请的单体电池1可以为软包电池，也可以为硬壳方形电池，本申请不作限定。单体电池1具有两个极柱，两个极柱可以从单体电池1的一端引出，也可以从单体电池1的两端引出。

在本申请的一些实施例中，单体电池1包括两个极柱11（图中只画了一个，另一个未画出），两个极柱11分别从单体电池1的长度方向的两端引出。换言之，单体电池1的长度方向可以为单体电池1内部的电流方向，即，单体电池1内部的电流方向为第一方向。这样，由于电流方向与单体电池1的长度方向相同，单体电池1的有效散热面积更大、散热效率更好。如图中所示，单体电池1的两个极柱从长度方向引出时，单体电池1之间采用连接片进行串联或并联时，需要预留一定的空间将连接片与单体电池1的极柱焊接起来，第一边框和/或第二边框的高度低于极柱的高度，由此便于单体电池1连接片的焊接。

为使第一边框31和第二边框32能对单体电池1提供支撑力，在申请提供的一种实施方式中，第一边框31设置有第一台阶61，第二边框32设置有第二台阶62；单体电池1的第一端支撑在第一台阶61上，每个单体电池1的第二端支撑在第二台阶62上；第三边框33设置有第三台阶63，第四边框34设置有第四台阶64，当单体电池1侧立放置时，临近第三边框33的单体电池1的底面（长*厚）支撑在第三台阶63上，临近第四边框34的单体电池1的底面（长*厚）支撑在第四台阶64上，换句话说，第一台阶61、第二台阶62、第三台阶63和第四台阶64给单体电池1提供支撑面，在相对于现有技术中，通过电池包2的底板来支撑单体电池1相比，采用边框上的台阶支撑单体电池1，可以简化电池包2的结构，减轻电池的重量。

本申请对台阶的设置方式不做特殊限定，可选地，第一台阶61、第二台阶62、第三台阶63、第四台阶64可以分别有第一边框31、第二边框32、第三边框33和第四边框34向内凸出形成。

根据本申请提供的电池包2，单体电池1的侧面对应与所述第一边框31、第二边框32、第三边框33和第四边框34的内壁密封连接。也就是说，单体电池1与电池包的四个边框之间密封连接。

在一种实施方式中，单体电池1的两端搭接在第一台阶61、第二台阶62上，临近第三边框33和第四边框34的单体电池1的侧面（厚度*长度）搭接在第三台阶63和第四台阶64上，第一台阶61、第二台阶62、第三台阶63、第四台阶64与单体电池1之间可密封连接，也就是说第一台阶61、第二台阶62、第三台阶63、第四台阶64可作为单体电池1与电池箱的密封面，在单体电池1与台阶之间采用密封结构胶或者密封泡面进行密封可满足电池包2的密封性要求。

电池包2需要满足IP67的密封性要求，对于传统的电池包2设计，电池托盘和密封盖形成的密闭空间需要达到IP67的密封要求，电池托盘也需要单独满足要求，不管是铝型材平焊托盘、铝压铸托盘、钢托盘或者复合材料托盘，大尺寸的托盘要满足密封性要求，制造工艺会有比较大的难度，成本较高，也一定程度上限制了托盘的轻量化设计，传统的电池托盘结构上包括托盘底板和边梁，内部可以设计一些加强横梁和纵梁，增加托盘的刚度和强度，电池模组固定在托盘底板上，对托盘底板刚度和强度也有较为严苛的要求。

本申请是电池箱可只包括边框，去掉了电池箱底板，由于单体电池1的密堆，电池箱边框和单体电池1底面之间采用密封设计。以满足动力电池包2的IP67的密封性要求。

根据本申请提供的电池包2，限位结构4与第一边框31和第一边框31可分体设置，也可一体成型，在一种实施方式中，限位结构4分别与所述第一边框31和第二边框32一体成型，第一边框31、第二边框32、第三边框33和第四边框34之间的连接面通过激光焊接固定连接，第一边框31、第二边框32与所述第三边框33、第四边框34之间的连接面由所述电池包2外部至所述电池包2内部为非平面，也就是说相邻两个边框的连接面为曲面、多折面，在连接面形成焊缝5也为曲面、多折面，通过曲面或多折面可以防止激光烧损单体电池1。且，曲面、多折面可以使焊缝5沿单池阵列的长度、宽度方向都具有较高的抗拉强度。在激光焊接时，即使第一边框31、第二边框32和第三边框33和第四边框34装配间隙过大，激光也只能直射到边框上，避免了激光直接射到电池包2内部的单体电池1上，有效防止了激光漏光导致的单体电池1着火甚至爆炸的危害。

本申请的第二个目的提供了一种电动车，包括上述电池包2。该电动车不仅续航能力强，而且成本低，稳定性高。

需要说明的是，尽管在本文中已经对上述各实施例进行了描述，但并非因此限制本发明的专利保护范围。因此，基于本发明的创新理念，对本文所述实施例进行的变更和修改，或利用本发明说明书及附图内容所作的等效结构或等效流程变换，直接或间接地将以上技术方案运用在其他相关的技术领域，均包括在本发明的专利保护范围之内。

Claims (10)

1.一种电池包，其特征在于，包括：

电池箱，所述电池箱包括首尾顺次连接的第一边框、第三边框、第二边框和第四边框，所述第一边框和第二边框相对设置，所述第三边框和第四边框相对设置；

多个单体电池，所述单体电池具有长度、厚度和介于所述长度和厚度之间的高度，所述多个单体沿厚度方向排列在电池箱的所述第三边框与所述第四边框之间，且所述多个单体电池沿长度方向的两端分别支撑在所述第一边框和所述第二边框上；

所述第三边框和所述第四边框上分别设有用于约束所述多个单体电池的形状和位移变化的限位结构。

2.根据权利要求1所述的电池包，其特征在于，至少一个限位结构抵靠在与所述限位结构临近的单体电池的侧面上。

3.根据权利要求1所述的电池包，其特征在于，至少一个限位结构与所述限位结构临近的单体电池之间设有预定间隙。

4.根据权利要求1所述的电池包，其特征在于，所述限位结构包括内侧板和外侧板，所述内侧板和外侧板之间限定有空腔；所述空腔内设有多个间隔设置的加强筋。

5.根据权利要求4所述的电池包，其特征在于，所述限位结构的平均厚度为20~25mm，所述内侧板的平均厚度为2~6mm, 所述加强筋的平均厚度为0~2mm。

6.根据权利要求1所述的电池包，其特征在于，所述单体电池包括分别位于所述单体电池长度方向的两端的极柱，所述第一边框和/所述第四边框的高度低于所述极柱的高度。

7.根据权利要求1所述的电池包，其特征在于，所述第一边框、第二边框、第三边框和第四边框的内壁面设有台阶，所述单体电池的两端支撑在所述第一边框和第二边框的台阶上，临近所述第三边框和所述第四边框的单体电池的底面支撑在所述第三边框和所述第四边框的台阶上。

8.根据权利要求1所述的电池包，其特征在于，所述单体电池的侧面对应与所述第一边框、第二边框、第三边框和第四边框的内壁密封连接。

9.根据权利要求1所述的电池包，其特征在于，所述限位结构分别与所述第一边框和第二边框一体成型，所述第一边框、所述第二边框、所述第三边框和所述第四边框之间的连接面通过激光焊接，所述第一边框、第二边框与所述第三边框、第四边框之间的连接面由所述电池包外部至所述电池包内部为非平面。

10.一种电动车，其特征在于，包括权利要求1-9任意一项所述的电池包。

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