CN212113791U - 一种软包电芯的成组结构电池包 - Google Patents

一种软包电芯的成组结构电池包 Download PDF

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CN212113791U CN202020654203.3U CN202020654203U CN212113791U CN 212113791 U CN212113791 U CN 212113791U CN 202020654203 U CN202020654203 U CN 202020654203U CN 212113791 U CN212113791 U CN 212113791U
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王颖
梁宏伟
白海超
彭月猛
陈保国
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Abstract

本实用新型提供了一种软包电芯的成组结构电池包,属于电动汽车锂离子电池技术领域,包括电池包外壳和电池包内组件,所述电池包外壳固定在电动汽车上,所述电池包内组件包括电芯、导热结构胶、缓冲块、隔热块、绝缘端板、绝缘块、绝缘防护件和绝缘层等,所述电芯使用导热结构胶固定在电池包外壳的内侧,所述绝缘层喷涂在电池包外壳的内侧。本实用新型由电芯直接集成于电池包中,提升电池系统的空间利用率和能量密度,降低成本,简化动力电池PACK成组工艺,提升软包电池的适应性,并且可以节省电芯在PACK内部的冗余防护,提升系统的空间利用率。

Description

一种软包电芯的成组结构电池包
技术领域
本实用新型属于电动汽车锂离子电池技术领域,涉及一种软包电芯的成组结构电池包。
背景技术
随着能源问题的日益严重,节能环保在汽车领域的呼声越来越大,汽车轻量化成为一个永恒的话题,国家政府对电动汽车的补贴政策也逐渐向高安全和长续航里程倾斜,对动力电池体积能量密度和质量能量密度提出更高的要求。
传统电池包的电芯首先要通过堆叠工艺、焊接、粘接或者铆接工艺集成模组,模组是电池包成组的最小单元,通过螺栓连接或者铆接工艺将模组固定到PACK系统中,重量重、成组工艺复杂、制造成本较高,现有的软包电芯组成的电池模组往往因其长度不够而需要并列进行两排或者多排布置在电池包中,才能满足电池系统的宽度或者长度要求,在模组和模组电芯之间还需要增加电气隔离或者安全间隙,导致系统空间有更多的浪费,而且零部件的数量多,系统能量密度低,成组率低,因此一种高安全、高能量密度的电池包开发具有重要意义。
实用新型内容
本实用新型要解决的问题是在于提供一种软包电芯的成组结构电池包,属于电动汽车锂离子电池技术领域,由电芯直接集成于电池包中,提升电池系统的空间利用率和能量密度,降低成本,简化动力电池PACK成组工艺,提升软包电池的适应性,并且可以节省电芯在PACK内部的冗余防护,提升系统的空间利用率。
为解决上述技术问题,本实用新型采用的技术方案是:一种软包电芯的成组结构电池包,属于电动汽车锂离子电池技术领域,包括电池包外壳和电池包内组件,所述电池包外壳固定在电动车上,电池包外壳包括箱体和上盖,所述上盖固定在箱体的上表面,所述电池包内组件包括电芯、导热结构胶、缓冲块、隔热块、绝缘端板、绝缘块、绝缘防护件和绝缘层等,所述电芯使用导热结构胶固定在电池包外壳的内侧,电芯的两端有极耳,相邻的极耳之间焊接在一起,极耳连接处填充导热结构胶,所述缓冲块沿X方向固定在每个相邻的电芯的侧面,所述隔热块沿X方向固定在电芯的侧面,所述绝缘端板安装在电芯沿Y方向两端的极耳连接处,所述绝缘块粘贴在最外侧电芯的侧表面,所述绝缘防护件位于串联电芯中间,所述绝缘层喷涂在箱体的内侧,绝缘层和电芯之间填充导热结构胶。
进一步的,电池包为去除模组层级结构的电池包,由电芯直接集成于电池包中。
进一步的,所述电池包外壳包括箱体和上盖,所述上盖固定在箱体的密封面。
进一步的,所述电芯先进行串联,串联的电芯数量不少于2个,沿Y方向串联后的长度不小于600mm,串联后的电芯再进行并联,或者电芯先进行并联,并联的电芯数量不小于2个,并联后的电芯再进行串联。
进一步的,所述缓冲块的材质是泡棉材料或纤维材料等。
进一步的,所述隔热块每隔n个电芯设置1个,n是不小于1的整数,根据电芯并联数量来选择间隔电芯的数量,隔热块的材质是气凝胶材料或隔热纤维材料等隔热材料。
进一步的,所述绝缘块的材质是云母片或环氧树脂等绝缘材料。
进一步的,所述上盖的材质是金属材料或复合材料等,优选为钢材料,上盖和箱体的连接方式是铆接、胶粘连接或螺栓连接等固定连接方式。
进一步的,还包括缓冲结构,所述缓冲结构在极耳的中间,缓冲结构的形状是圆弧形或锯齿形。
进一步的,还包括BMS和BDU,所述BMS和BDU固定在电池包外壳内侧的前端或顶部,或者与电池包分体连接。
进一步的,还包括采集线束,所述采集线束焊接在最外侧极耳的上端,采集线束的结构是柔性FFC和PCB相结合,也可以是FPC结构或导线结构。
与现有技术相比,本实用新型具有的优点和积极效果如下:
1.本实用新型提升软包电芯在长度方向上的匹配适应性。
2.本实用新型取消模组层级的结构部件,电芯直接组成电池包系统,工艺简单化,制造成本降低。
3.本实用新型取消部分结构件和紧固件,减少了系统零部件数量,降低了电池系统的重量和成本,提升了电芯成组率和能量密度。
4.本实用新型的导热结构胶对电芯起固定的作用,防止电芯在电池内部窜动,拉扯极耳,导致电芯漏液,导热结构胶具有绝缘性,把电芯与箱体、电芯与电芯的电连接处进行绝缘,使用导热结构胶连接代替了传统的连接工艺,去除了大量的螺栓、螺母以及一些铆接用的铆钉,去除了大量的模组结构,降低了电池系统的整体重量,提升了电池系统的成组率,同时降低成本。
5.本实用新型的绝缘层喷涂在箱体的内侧,防止发生拉弧短路或者绝缘故障。
6.本实用新型的电芯先进行串联,串联的电芯数量不少于2个,沿Y方向串联后的长度不小于600mm,通过串联可以增加电芯在Y方向的尺寸,使电芯可以适应不同尺寸要求的电池包或模组,串联后的电芯再进行并联,或者电芯先进行并联,并联的电芯数量不小于2个,并联后的电芯再进行串联,这样的成组方式节约了原本在Y方向上串联的电芯连接处的防护件,减少电池系统中零部件的数量,节约了成本。
7.本实用新型的缓冲块的材质是泡棉材料或纤维材料,缓冲块吸收电池在其全生命周期内的膨胀位移,确保电池在使用过程中的受力均衡,提高电池的使用寿命。
8.本实用新型的绝缘块的材质是云母片或环氧树脂等绝缘材料,防止电池与箱体之间出现绝缘故障。
9.本实用新型的上盖的材质优选为钢材料,熔点高,防止电池因滥用热失控后火焰向上喷发,损坏上盖,引起驾驶室乘员安全,上盖和箱体的连接方式是铆接、胶粘连接或螺栓连接。
10.本实用新型的缓冲结构在极耳的中间,缓冲结构的形状是圆弧形或锯齿形,防止电池包在振动过程中或电芯沿Y方向上膨胀收缩而拉扯极耳。
附图说明
构成本实用新型的一部分的附图用来提供对本实用新型的进一步理解,本实用新型的示意性实施例及其说明用于解释本实用新型,并不构成对本实用新型的不当限定。在附图中:
图1是本实用新型一种软包电芯的成组结构电池包的整体结构示意图;
图2是本实用新型一种软包电芯的成组结构电池包的电芯连接立体图;
图3是本实用新型一种软包电芯的成组结构电池包的缓冲结构图1;
图4是本实用新型一种软包电芯的成组结构电池包的缓冲结构图2;
图5是本实用新型一种软包电芯的成组结构电池包的电芯连接示意图1;
图6是本实用新型一种软包电芯的成组结构电池包的电芯连接示意图2;
图7是本实用新型一种软包电芯的成组结构电池包的电芯连接示意图3。
附图标记:
1、电池包外壳;2、电池包内组件;11、箱体;12、上盖;21、电芯;22、导热结构胶;23、缓冲块;24、隔热块;25、绝缘端板;26、绝缘块;27、绝缘防护件;28、绝缘层;29、极耳;31、缓冲结构;32、BMS;33、BDU;34、采集线束。
具体实施方式
需要说明的是,在不冲突的情况下,本实用新型中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。
在本实用新型的描述中,需要理解的是,术语“中心”、“纵向”、“横向”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系,仅是为了便于描述本实用新型和简化描述,而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作,因此不能理解为对本实用新型的限制。此外,术语“第一”、“第二”等仅用于描述目的,而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此,限定有“第一”、“第二”等的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。在本实用新型的描述中,除非另有说明,“多个”的含义是两个或两个以上。
在本实用新型的描述中,需要说明的是,除非另有明确的规定和限定,术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解,例如,可以是固定连接,也可以是可拆卸连接,或一体地连接;可以是机械连接,也可以是电连接;可以是直接相连,也可以通过中间媒介间接相连,可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言,可以通过具体情况理解上述术语在本实用新型中的具体含义。
下面结合附图对本实用新型的具体实施例做详细说明。
如图1~7所示,本实用新型为一种软包电芯的成组结构电池包,属于电动汽车锂离子电池技术领域,包括电池包外壳1和电池包内组件2,电池包外壳1固定在电动汽车上,电池包内组件2包括电芯21、导热结构胶22、缓冲块23、隔热块24、绝缘端板25、绝缘块26、绝缘防护件27和绝缘层28等,电芯21使用导热结构胶22固定在电池包外壳1的内侧,导热结构胶22对电芯21起固定的作用,防止电芯21在电池内部窜动,拉扯极耳29,导致电芯21漏液,电芯21的两端有极耳29,相邻的极耳29之间焊接在一起,极耳29连接处填充导热结构胶22,将极耳29处产生的热量传递到电池底部,缓冲块23沿X方向固定在每个相邻的电芯21的侧面,隔热块24沿X方向固定在电芯21的侧面,绝缘端板25安装在电芯21沿Y方向两端的极耳29连接处,绝缘端板25上安装有串联铜排或铝排,支撑了极耳29的焊接,起到过流的作用,绝缘块26粘贴在最外侧电芯21的侧表面,绝缘防护件27位于串联电芯21中间,对串联电芯21电连接处进行绝缘防护,绝缘层28喷涂在电池包外壳1的内侧,防止发生拉弧短路或者绝缘故障,绝缘层28和电芯21之间填充导热结构胶22,将电芯21产生的热量通过底部向电池外面传递,导热结构胶22具有绝缘性,把电芯21与箱体11、电芯21与电芯21的电连接处进行绝缘,使用导热结构胶22连接代替了传统的连接工艺,去除了大量的螺栓、螺母以及一些铆接用的铆钉,去除了大量的模组结构,降低了电池系统的整体重量,提升了电池系统的成组率,同时降低成本。
优选地,电池包为去除模组层级结构的电池包,由电芯21直接集成于电池包中。
优选地,电池包外壳1包括箱体11和上盖12,上盖12固定在箱体11的密封面。
优选地,所述电池包外壳1包括箱体11和上盖12,所述上盖12固定在箱体11的上表面。
优选地,电芯21先进行串联,串联的电芯21数量不少于2个,沿Y方向串联后的长度不小于600mm,通过串联可以增加电芯21在Y方向的尺寸,使电芯21可以适应不同尺寸要求的电池包或模组,串联后的电芯21再进行并联,或者电芯21先进行并联,并联的电芯21数量不小于2个,并联后的电芯21再进行串联,这样的成组方式节约了原本在Y方向上串联的电芯21连接处的防护件,减少电池系统中零部件的数量,节约了成本。
优选地,缓冲块23的材质是泡棉材料或纤维材料等,缓冲块23吸收电池在其全生命周期内的膨胀位移,确保电池在使用过程中的受力均衡,提高电池的使用寿命。
优选地,隔热块24每隔n个电芯21设置1个,n是不小于1的整数,根据电芯21并联数量来选择间隔电芯21的数量,在确保安全的情况下尽可能减少隔热材料的使用数量,降低成本,隔热块24的材质是气凝胶材料或隔热纤维材料等隔热材料,防止因电池滥用出现热失控后在电芯21层级热失控扩展,延缓了热失控扩展的速度。
优选地,绝缘块26的材质是云母片或环氧树脂等绝缘材料,防止电池与箱体11之间出现绝缘故障。
优选地,上盖12的材质是为金属材料或复合材料等,优选为钢材料,熔点高,防止电池因滥用热失控后火焰向上喷发,损坏上盖12,引起驾驶室乘员安全,上盖12和箱体11的连接方式是铆接、胶粘连接或螺栓连接等固定连接方式。
优选地,缓冲结构31在极耳29的中间,缓冲结构31的形状是圆弧形或锯齿形,防止电池包在振动过程中或电芯21沿Y方向上膨胀收缩而拉扯极耳29。
优选地,BMS32和BDU33固定在电池包外壳1内侧的前端或顶部,或者与电池包分体连接,BMS32是电池管理系统,用于提高电池的利用率,防止电池出现过度充电和过度放电,BDU33是电池包断路单元,用于电池包的电路通断。
优选地,采集线束34焊接在最外侧极耳29的上端,焊接可以是激光焊接或者超声焊接或者其他连接工艺,采集线束34的结构是柔性FFC和PCB相结合,FFC是柔性扁平电缆,PCB是印制电路板,也可以是FPC结构或导线结构,FPC是柔性电百路板,用于采集单体温度及单体电压。
在实际工作过程中,电芯21堆叠后放入箱体11,需要借助工装辅助,箱体11上需要有排气考虑,防止电芯21入壳的时候在箱体11底部产生气泡或者难以入壳,电池系统的总正、总负通过汇流排引出至BDU33中,电芯21在电池包内部的机械约束除了靠Y方向的绝缘端板25限制外,X方向依靠导热结构胶22进行填充,Z方向除了底部填充导热结构胶22外,电芯21和上盖12之间也填充导热结构胶22,这样不仅可以导热和固定电芯21,还可以提升整个电池系统的整体刚度,电池系统还有其它的热失控防控设计和热管理设计,热失控防控设计优选隔热阻断结构和导流排气设计,并且安装防爆透气阀,热管理设计优选液冷设计,液冷板可以布置在箱体11的内表面或者上盖12的内表面或者同时实施,也可以采用风冷设计和其他热管理方式。
以上对本实用新型的一个实施例进行了详细说明,但所述内容仅为本实用新型的较佳实施例,不能被认为用于限定本实用新型的实施范围。凡依本实用新型申请范围所作的均等变化与改进等,均应仍归属于本实用新型的专利涵盖范围之内。

Claims (10)

1.一种软包电芯的成组结构电池包,其特征在于:包括电池包外壳(1)和电池包内组件(2),所述电池包外壳(1)固定在电动汽车上,所述电池包内组件(2)包括电芯(21)、导热结构胶(22)、缓冲块(23)、隔热块(24)、绝缘端板(25)、绝缘块(26)、绝缘防护件(27)和绝缘层(28),所述电芯(21)使用导热结构胶(22)固定在电池包外壳(1)的内侧,电芯(21)的两端有极耳(29),相邻的极耳(29)之间焊接在一起,极耳(29)连接处填充导热结构胶(22),所述缓冲块(23)沿X方向固定在每个相邻的电芯(21)的侧面,所述隔热块(24)沿X方向固定在电芯(21)的侧面,所述绝缘端板(25)安装在电芯(21)沿Y方向两端的极耳(29)连接处,所述绝缘块(26)粘贴在最外侧电芯(21)的侧表面,所述绝缘防护件(27)位于串联电芯(21)中间,所述绝缘层(28)喷涂在电池包外壳(1)的内侧,绝缘层(28)和电芯(21)之间填充导热结构胶(22)。
2.根据权利要求1所述的一种软包电芯的成组结构电池包,其特征在于:所述电池包外壳(1)包括箱体(11)和上盖(12),所述上盖(12)固定在箱体(11)的密封面。
3.根据权利要求1所述的一种软包电芯的成组结构电池包,其特征在于:所述电芯(21)先进行串联,串联的电芯(21)数量不少于2个,沿Y方向串联后的长度不小于600mm,串联后的电芯(21)再进行并联,或者电芯(21)先进行并联,并联的电芯(21)数量不小于2个,并联后的电芯(21)再进行串联。
4.根据权利要求1所述的一种软包电芯的成组结构电池包,其特征在于:所述缓冲块(23)的材质是泡棉材料或纤维材料。
5.根据权利要求1所述的一种软包电芯的成组结构电池包,其特征在于:所述隔热块(24)每隔n个电芯(21)设置1个,n是不小于1的整数,根据电芯(21)并联数量来选择间隔电芯(21)的数量,隔热块(24)的材质是隔热材料,所述隔热材料是气凝胶材料或隔热纤维材料。
6.根据权利要求1所述的一种软包电芯的成组结构电池包,其特征在于:所述绝缘块(26)的材质采用绝缘材料,所述绝缘材料是云母片或环氧树脂。
7.根据权利要求2所述的一种软包电芯的成组结构电池包,其特征在于:所述上盖(12)的材质是金属材料或复合材料,上盖(12)和箱体(11)的连接方式是铆接、胶粘连接或螺栓连接。
8.根据权利要求1~7任一项所述的一种软包电芯的成组结构电池包,其特征在于:还包括缓冲结构(31),所述缓冲结构(31)在极耳(29)的中间,缓冲结构(31)的形状是圆弧形或锯齿形。
9.根据权利要求1~7任一项所述的一种软包电芯的成组结构电池包,其特征在于:还包括BMS(32)和BDU(33),所述BMS(32)和BDU(33)固定在电池包外壳(1)内侧的前端或顶部,或者与电池包分体连接。
10.根据权利要求1~7任一项所述的一种软包电芯的成组结构电池包,其特征在于:还包括采集线束(34),所述采集线束(34)焊接在最外侧极耳(29)的上端,采集线束(34)的结构是柔性FFC和PCB相结合,或是FPC结构或是导线结构。
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