CN215418325U - 一种启停电池结构 - Google Patents

Abstract

一种启停电池结构，壳体的内腔由内至外依次装有电芯模组、塑料载体，电芯模组由多个具有正、负极极耳的软包电芯平行堆叠组成，各软包电芯的正、负极极耳朝向塑料载体一侧，多个软包电芯经导热胶和/或相变材料相互连接成一体，电芯模组的最外侧两个软包电芯外侧面分别粘贴有环氧板，每个环氧板靠近塑料载体的端部上设有卡槽，塑料载体两端部的延伸板顶端设有与卡槽配合固定的卡勾，延伸板与塑料载体垂直、且向壳体内部竖直延伸，塑料载体上端面设有两个正/负极插孔铜排；上盖内的BMS板上装有电器件及两个正/负极插针铜排，两个正/负极插针铜排分别与两个正/负极插孔铜排上的两插孔端子对应装配。有效地遏制电池限功，输出功率更加的稳定性。

Description

一种启停电池结构

技术领域

本实用新型属于启停电池PACK技术领域，具体涉及一种启停电池结构。

背景技术

48V轻混系统是在12V启停系统的基础上发展而来，有发动机管理系统、BSG电机（皮带驱动电机）、DC/DC直流转换器及电48V电池组成。与传统400V的混动系统不同，48V轻混系统可以使用价格略低的零部件，且能提高燃油经济性、减少二氧化碳排放量。

但现有的48V电池散热效果不佳，当将该电池使用到汽车上时，电池内部温度超过60℃的情况时有发生，而此时48V电池系统热管理系统的BMS会控制电池的输出功率，当输出功率较小时，动能不足，可能会造成客户体验效果不佳；并且现有的48V电池内部电芯之间温差一致性差，经常会出现局部温度超过60℃，此时48V电池系统热管理系统的BMS也可能会根据该温度进行误操作控制电池的输出功率，严重影响客户体验。

发明内容

本实用新型的目的是为了克服上述技术中的不足，而提供一种启停电池结构，结构简单，有效地遏制电池限功，输出功率更加的稳定性。

本实用新型的技术方案是：一种启停电池结构，包括相互盖合的壳体和上盖，壳体的内腔由内至外依次装有电芯模组、塑料载体，电芯模组由多个具有正、负极极耳的软包电芯平行堆叠组成，各软包电芯的正、负极极耳朝向塑料载体一侧，多个软包电芯经导热胶和/或相变材料相互连接成一体，电芯模组的最外侧两个软包电芯外侧面分别粘贴有一个环氧板，每个环氧板靠近塑料载体的端部上设有卡槽，塑料载体两端部的延伸板顶端设有与卡槽配合固定的卡勾，延伸板与塑料载体垂直、且向壳体内部竖直延伸，塑料载体上端面设有两个正/负极插孔铜排；上盖内的BMS板上装有电器件及两个正/负极插针铜排，两个正/负极插针铜排分别与两个正/负极插孔铜排上的两插孔端子对应装配。

所述壳体的内腔装入电芯模组及环氧板后填充有导热胶，导热胶的液面位于壳体高度的70~80%位置处。导热胶未填满整个壳体，为电芯模组发热膨胀预留了空间。

所述电芯模组位于中间部位的多个相邻软包电芯之间经导热胶和相变材料相互连接，位于两端部的多个相邻软包电芯之间经导热胶相互连接。中间部位的软包电芯离壳体较远，增加相变材料可以平衡中间软包电芯和端部软包电芯之间的温差。

所述壳体的外周壁上均布有多个翅片，多个翅片沿壳体的长度方向延伸。翅片用于给电池散热、并可用于加强壳体的强度。

所述塑料载体上端面有可承载柔性线路板、正/负极插孔铜排的凹槽，塑料载体上有供极耳通过的通过槽，塑料载体上端面设有减重槽，通过槽、及减重槽均沿塑料载体横向和纵向并排均布，并且减重槽与通过槽相互间隔设置，减重槽与相邻两软包电芯上极耳的焊点正对；塑料载体上设有贯穿的避空槽，避空槽与用于承载所述柔性线路板的凹槽连通。

所述通过槽为阶梯状，通过槽的中部是截面为梯形的梯形长条孔，梯形的上底边长小于梯形的下底边长；通过槽的两端部是截面为长方形的方形长条孔，通过槽下端的大方形长条孔截面宽度a与梯形长条孔的下底边长一致、且大于相邻两软包电芯上极耳之间的距离；通过槽上端的小方形长条孔截面宽度b与梯形长条孔的上底边长一致、且大于两个极耳堆叠在一起的厚度。

用于承载正/负极插孔铜排的凹槽内部设有用于避让插孔端子的避让沉孔、及两个以上的定位柱，定位柱分设在对应凹槽的两端部上，靠近塑料载体中部的定位柱顶端低于塑料载体的上端面；所述正/负极插孔铜排上设有与定位柱对应配合的定位孔，正/负极插孔铜排上的定位孔与对应定位柱定位后热熔成一体，正/负极插孔铜排安装到位后、上端面略凸出于塑料载体上端面。

用于承载所述柔性线路板的凹槽沿塑料载体的宽度方向延伸、且位于塑料载体的中部，该凹槽底部至少立有一个卡扣，柔性线路板上开有用于卡接卡扣的卡孔。

所述柔性线路板一端部的内凹槽内设有连接板，连接板顶端装有用于测电芯模组内部空气温度的温度传感器一，当连接板折弯时温度传感器一从避空槽进入到电芯模组内部。

所述柔性线路板左/右两端依次排布多个用于采集电芯模组中的各电池的电压和/或温度的镀镍铜端子，位于中部的镀镍铜端子、位于端部的镀镍铜端子内侧均焊接有用于采集电芯模组中的电池极耳处的温度传感器二，柔性线路板中部有用于与外部的BMS板上公头浮动连接器连接的母头浮动连接器，柔性线路板背面对应与母头浮动连接器、温度传感器一、温度传感器二处分别连接一块加强板。加强板用于定型母头浮动连接器、温度传感器一、温度传感器二，防止母头浮动连接器、温度传感器一、温度传感器二受力变形。

所述正/负极插孔铜排上的插孔端子内部设有网状扭簧。网状扭簧能有效的保证插孔端子与插针对插后充分接触，当通过大电流时，防止虚连接造成温升过高现象的发生。

所述上盖外周的凹槽内装有密封垫，密封垫两侧均布向外凸出的凸起。

所述上盖与壳体的四个边角对应设置螺纹通孔、并经四个螺钉连接固定。

所述电器件包括用于连通电池的正极输出铜排与正极插针铜排的继电器和熔断器、及用于连通电池的负极输出铜排与负极插针铜排的分流器；继电器和熔断器串联在正极输出铜排与正极插针铜排之间，分流器串联在负极输出铜排与负极插针铜排之间。

本实用新型采用插针插孔对插方案连接电芯模组的正/负极输出铜排与电池的输出端子，改变采用接线的方式，结构简单，体积小、重量轻，且装配方便，提升生产效率高，每套产品只需要4.7min完成，降低了人工成本。

本实用新型上盖与壳体采用4个M4螺钉连接，可拆卸且售后维护成本低。

本实用新型通过壳体的散热翅片、导热胶和相变材料摆放位置使电芯单体最高温度≤60℃、电芯之间的温差要求≤5℃，有效地遏制电池限功。

本实用新型去掉模组常规设计中的散热铝片，载体直接通过环氧板支撑，去掉支撑凸台，轻量化设计，节约了成本，同时有助于提高模组的成组效率和能量密度。

本实用新型通过两个环氧板不仅可以支撑载体，同时可隔绝两端部的软包电芯与壳体的接触，防止电芯模组两端部散热过快，有效保证电池内部的温差。

附图说明

图1为启停电池结构示意图；

图2为启停电池爆炸结构示意图；

图3为启停电池箱体总成结构示意图；

图4为启停电池箱体总成内部结构图；

图5为塑料载体的结构示意图；

图6为柔性线路板示意图；

图中：1、壳体，3、软包电芯，4、相变材料，5、环氧板，6、塑料载体，7、柔性线路板，8、正/负极插针铜排，9、BMS板，10、电器件，11、上盖，12、密封垫，61、正/负极插孔铜排，62、卡扣，63、避空槽，64、通过槽，65、减重槽，71、加强板，72、母头浮动连接器，73、镀镍铜端子，74、卡孔。

具体实施方式

图1中，上盖11盖合在壳体1上后，经装于四个边角处的4个M4螺钉连接，本启停电池可拆卸且售后维护成本低。

图2中，本实用新型的启停电池由铝合金壳体1、方形软包电芯3、相变材料4、环氧板5、塑料载体6、柔性线路板7、正/负极插针铜排8、BMS板9、电器件10、塑料上盖11、密封垫12组成，壳体1为由四侧壁及底壁围成的一个敞口凹槽，由14个方形软包电芯3平行堆叠组成电芯模组，电芯模组安装在壳体1内，相邻的软包电芯3之间通过双组份导热胶粘接，其中位于中部的第5-10号软包电芯3之间还贴有相变材料4，确保成组后的电芯连成一体，抗振性强，相变材料4和导热胶均为绝缘导热材料，可将电芯模组的热量导出，并起到连接固定作用。用相变材料4代替散热铝板，由于相变材料4导热效果更好，因此可以加快电池内部散热，同时相变材料4比散热铝板质量更轻；由于中间部位的软包电芯3离壳体1较远，在中间几个软包电芯之间增加相变材料4可以平衡中间软包电芯和端部软包电芯之间的温差，同时在保证散热效果的前提下，只在中间增加相变材料4可以节省成本。电芯模组的左右两端各放置有一个环氧板5，每个环氧板5靠近塑料载体6的端部上设有卡槽，塑料载体6两端部的延伸板顶端设有与卡槽配合固定的卡勾，延伸板与塑料载体6垂直、且向壳体1内部竖直延伸，电芯模组的正、负极极耳穿过塑料载体6上的通过槽64后，塑料载体6中间部位的卡勾钩住环氧板5上的卡槽，环氧板5一个作用支撑载体6，环氧板5另一个作用是可隔绝两端部的软包电芯3与壳体1的接触，防止电芯模组两端部散热过快，有效保证电池内部的温差。电芯模组的极耳与塑料载体6安装后，通过滚压设备把电芯模组的极耳滚压成180°固定在塑料载体6上。成组后电芯模组放置于铝合金壳体1内且注入720±10g双组份导热胶固定，导热胶的液面位于壳体1高度的70~80%位置处。导热胶未填满整个壳体1，为电芯模组发热膨胀预留了空间。柔性线路板7上的卡孔74与塑料载体6上2个卡扣充分接触后限位，电芯模组的极耳采用激光焊接方式，既能保证电连接的可靠性，又能提高模组的成组效率和机械性能。柔性线路板7的15个镍片与电芯模组的极耳也采用激光焊接方式。BMS板9的安装孔与上盖11内的圆柱孔采用M4自攻螺丝固定，电器件10和正/负极插针铜排8的安装孔与上盖11内螺柱孔，二者分别采用M6防松螺母固定，密封垫12放置于上盖11安装面的凹槽内，并且密封垫12为防脱落凸点设计，密封垫1.3mm宽卡点能够紧紧卡住塑料上盖11，确保密封垫12不会因重力自然脱落或是部分脱离塑料上盖11的凹槽。上盖11内正/负极插针铜排8的插针端子、导向柱和BMS板9上的公头浮动连接器分别与铝合金壳体1内塑料载体6上正/负极插孔铜排61的插孔端子、塑料载体6上的圆柱导向孔及柔性线路板7上的母头浮动连接器72，形成三点定位，能够有效的保证塑料上盖总成与铝合金壳体总成，精准配合安装，有效的提高了生产效率，大大降低生产成本。

电器件10包括继电器、熔断器、分流器；继电器和熔断器串联在正极输出铜排与正极插针铜排之间，将正极插针铜排插装在电芯模组的正极插孔端子上后，经过继电器和熔断器经电芯模组的正极电源引出至正极输出铜排上，分流器串联在负极输出铜排与负极插针铜排之间，将负极插针铜排插装在负极插孔端子上后，经过分流器将电池模组的负极电源引出至负极输出铜排上。

图3中，壳体1的外周壁上均布有多个翅片，多个翅片沿壳体1的长度方向延伸。翅片用于给电池散热、并可用于加强壳体1的强度。

图4中，塑料载体6上有供极耳通过的通过槽64，塑料载体6上端面设有减重槽65，通过槽64为阶梯型，中部是截面为梯形的梯形长条孔，梯形的上底边长小于梯形的下底边长，通过槽64的两端部是截面为长方形的方形长条孔，下端的大方形长条孔截面宽度a大于相邻两软包电芯3上极耳之间的距离，上端的小方形长条孔截面b宽度略大于两个极耳堆叠在一起的厚度，通过槽64下端口设计大尺寸，便于堆垛后的14只电芯的极耳在折弯后，顺利穿过且易装配，提升装配效率，通过槽64上端设计收口，防止装配过程中有异物从通过槽64落入电池内部，造成短路。减重槽65与通过槽64间隔布置，电芯模组装配上塑料载体6后，相邻两个软包电芯的极耳从同一个通过槽64穿出后，滚屏成180°覆盖在对应的减重槽65上，之后用激光将两个相邻软包电芯的极耳焊接后形成一个回路，极耳的焊点位于减重槽65的上方，防止焊接时温度过高，使接触到焊接点为的塑料载体6融化，造成结构不稳。

图5中，塑料载体6由塑胶件、正极插孔铜排和负极插孔铜排组成，塑胶件长宽根据电芯模组外轮廓尺寸而设计的，有效的把电芯模组的外形卡住；塑胶件的厚度不能太小，厚度太小会导致机械强度差。塑胶件的材质为PA66。PA66因具有绝缘性好、耐热性强、抗腐蚀性好，机械强度高，材料防火等级为UL-94-V0，广泛应用于高倍率启停电池PACK技术领域。通过槽64、及减重槽均沿塑料载体6横向和纵向并排均布，并且减重槽65与通过槽64相互间隔设置。正/负极插孔铜排61的最窄宽度5.5±0.1mm，厚度3±0.1mm，持续过流能力大于120A；电芯模组产生电能通过塑料载体6镶嵌的正/负极插孔铜排61与上盖11内的正/负极插针铜排8对插后导出。正/负极插孔铜排61的插孔端子持续过流能力大于220A；插孔端子内网状扭簧能有效的保证与插针端子对插后充分接触，通电后过400A大电流，避免虚连接、温升升高的现象发生。塑胶件是注塑模具一体成型，正/负极插孔铜排61和插孔端子是冲压模具一体成型，正/负极插孔铜排61和插孔端子通过铆接+激光焊接方式，且破环拉拔力大于700N。

正/负极插孔铜排61由正/负极铜排和插孔端子组成，正/负极铜排材质为T2紫铜，表面镀镍，镀层厚度为2.5-4um；插孔端子由端子外壳、端子帽和网状扭簧组成，端子外壳和端子帽材质T2紫铜，表面镀银，镀层厚度为5-10um，网状扭簧材质铍铜，表面镀银，镀层厚度为5-10um，插针插孔方案广泛应用于空间局限的高倍率启停电池PACK技术领域。

塑胶件上端面还有可承载柔性线路板7、正/负极插孔铜排61的凹槽以及贯穿的避空槽63，避空槽63与用于承载所述柔性线路板7的凹槽连通。

承载正/负极插孔铜排61的凹槽内部设有用于避让插孔端子的避让沉孔、及两个以上的定位柱，定位柱分设在对应凹槽的两端部上，靠近塑料载体6中部的定位柱顶端低于塑料载体的上端面；所述正/负极插孔铜排61上设有与定位柱对应配合的定位孔，正/负极插孔铜排61上的定位孔与对应定位柱定位后热熔成一体，装配后破环拉拔力大于30N，并且保证塑料载体内嵌件插孔铜排无翘起、无松动等现象。正/负极插孔铜排61安装到位后、上端面略凸出于塑料载体6上端面。塑料载体6主要用于承接电芯模组的极耳，防止激光焊接时短路。

承载柔性线路板7的凹槽沿塑料载体6的宽度方向延伸、且位于塑料载体6的中部，该凹槽底部至少立有一个卡扣62，柔性线路板7上开有用于卡接卡扣62的卡孔74；卡扣62上端部开设一个通槽、并形成二个簧瓣组成膨胀结构，每个簧瓣顶端向外凸出有半圆形凸台，当卡扣顶端收缩时，各凸台所在圆直径小于卡孔74的孔径，当卡扣顶端膨胀后，各凸台所在圆的直径大于卡孔74的孔径，防止动态过程中柔性线路板7与卡扣松脱，造成系统短路。

图6中，柔性线路板7左/右两端依次排布多个用于采集电芯模组中的各电池的电压和/或温度的镀镍铜端子73，柔性线路板7一端部的内凹槽内设有连接板，连接板顶端装有用于测电芯模组内部空气温度的温度传感器一，当连接板折弯时温度传感器一从避空槽63进入到电芯模组内部，位于中部的镀镍铜端子73、位于端部的镀镍铜端子73内侧均焊接有用于采集电芯模组中的电池极耳处的温度传感器二，柔性线路板7中部有用于与外部的BMS板9上公头浮动连接器连接的母头浮动连接器72，柔性线路板7背面对应与母头浮动连接器72、温度传感器一、温度传感器二处分别连接一块加强板71。加强板用于定型母头浮动连接器72、温度传感器一、温度传感器二，防止母头浮动连接器72、温度传感器一、温度传感器二受力变形。柔性线路板7主要用于采集模组的电压和温度信息，柔性线路板上的镍片与电芯模组的极耳采用激光焊接的方式，既能保证电连接的可靠性，又能提高模组的成组效率和机械性能。采用柔性线路板替代原始的电压、温度采集线束，此设计具有过流熔断、短路保护的功能和价格低、重量轻、安装便捷、易维护等优点，同时有利于提高装配效率和电芯模组的美观性能。

Claims (10)

1.一种启停电池结构，其特征在于：包括相互盖合的壳体(1)和上盖(11)，壳体(1)的内腔由内至外依次装有电芯模组、塑料载体(6)，电芯模组由多个具有正、负极极耳的软包电芯(3)平行堆叠组成，各软包电芯(3)的正、负极极耳朝向塑料载体(6)一侧，多个软包电芯(3)之间经导热胶和/或相变材料(4)相互连接成一体，电芯模组的最外侧两个软包电芯(3)外侧面分别粘贴有环氧板(5)，每个环氧板(5)靠近塑料载体(6)的端部上设有卡槽，塑料载体(6)两端部的延伸板顶端设有与卡槽配合固定的卡勾，延伸板与塑料载体(6)垂直、且向壳体(1)内部竖直延伸，塑料载体(6)上端面设有两个正/负极插孔铜排(61)；上盖(11)内的BMS板(9)上装有电器件(10)及正/负极插针铜排(8)，正/负极插针铜排(8)分别与正/负极插孔铜排(61)上的两插孔端子对应装配。

2.根据权利要求1所述的一种启停电池结构，其特征在于：所述壳体(1)的内腔装入电芯模组及环氧板(5)后填充有导热胶，导热胶的液面位于壳体(1)高度的70~80%位置处。

3.根据权利要求1或2所述的一种启停电池结构，其特征在于：所述电芯模组位于中间部位的多个相邻软包电芯(3)之间经导热胶和相变材料(4)相互连接，位于两端部的多个相邻软包电芯(3)之间经导热胶相互连接。

4.根据权利要求1或2所述的一种启停电池结构，其特征在于：所述壳体(1)的外周壁上均布有多个翅片，多个翅片沿壳体(1)的长度方向延伸。

5.根据权利要求1所述的一种启停电池结构，其特征在于：所述塑料载体(6)上端面有可承载柔性线路板(7)、正/负极插孔铜排(61)的凹槽，塑料载体(6)上有供极耳通过的通过槽(64)，塑料载体(6)上端面设有减重槽(65)，通过槽(64)、及减重槽均沿塑料载体(6)横向和纵向并排均布，并且减重槽(65)与通过槽(64)相互间隔设置，减重槽(65)与相邻两软包电芯(3)上极耳对焊的焊点正对；塑料载体(6)上设有贯穿的避空槽(63)，避空槽(63)与用于承载所述柔性线路板(7)的凹槽连通。

6.根据权利要求5所述的一种启停电池结构，其特征在于：所述通过槽(64)为阶梯状，通过槽(64)的中部是截面为梯形的梯形长条孔，梯形的上底边长小于梯形的下底边长；通过槽(64)的两端部是截面为长方形的方形长条孔，通过槽(64)下端的大方形长条孔截面宽度a与梯形长条孔的下底边长一致、且大于相邻两软包电芯(3)上极耳之间的距离；通过槽(64)上端的小方形长条孔截面宽度b与梯形长条孔的上底边长一致、且大于两个极耳堆叠在一起的厚度。

7.根据权利要求1或5所述的一种启停电池结构，其特征在于：用于承载正/负极插孔铜排(61)的凹槽内部设有用于避让插孔端子的避让沉孔、及两个以上的定位柱，定位柱分设在对应凹槽的两端部上，靠近塑料载体(6)中部的定位柱顶端低于塑料载体的上端面；所述正/负极插孔铜排(61)上设有与定位柱对应配合的定位孔，正/负极插孔铜排(61)上的定位孔与对应定位柱定位后热熔成一体，正/负极插孔铜排(61)安装到位后、上端面略凸出于塑料载体(6)上端面。

8.根据权利要求1或5所述的一种启停电池结构，其特征在于：用于承载柔性线路板(7)的凹槽沿塑料载体(6)的宽度方向延伸、且位于塑料载体(6)的中部，该凹槽底部至少立有一个卡扣(62)，柔性线路板(7)上开有用于卡接卡扣(62)的卡孔(74)。

9.根据权利要求8所述的一种启停电池结构，其特征在于：所述柔性线路板(7)左/右两端依次排布多个用于采集电芯模组中的各电池的电压和/或温度的镀镍铜端子(73)，柔性线路板(7)一端部的凹槽内设有连接板，连接板顶端装有用于测电芯模组内部空气温度的温度传感器，当连接板折弯时温度传感器一从避空槽(63)进入到电芯模组内部，柔性线路板(7)中部有用于与外部的BMS板(9)上公头浮动连接器连接的母头浮动连接器(72)。

10.根据权利要求1所述的一种启停电池结构，其特征在于：所述正/负极插孔铜排(61)上的插孔端子内部设有网状扭簧；所述上盖(11)外周的凹槽内装有密封垫(12)，密封垫(12)两侧均布向外凸出的凸起。

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