CN217956003U - 方形铝壳锂离子电池及模组 - Google Patents

Abstract

本实用新型提出了一种方形铝壳锂离子电池及模组，通过在方形铝壳四个内转角处分别设置加强筋，可改善电池在竖直方向受力性能，同时不会与卷芯干涉，不会降低电池整体的体积能量密度；省略了端板、扎带、电池箱等一系列的辅助件，大幅提高了电池能量密度，同时，加强后的方形铝壳锂离子电池的竖直方向受力强度也能满足要求；加强筋向上下方向伸出，并插入容纳槽内，防止水平位移，又能将受力直接作用于加强筋上，防止电池其余部分受力变形；另外，加强筋将上集成板顶起，防止电池极柱与汇流排等部件受压变形或者接触短路，便于快速装配成组。

Description

方形铝壳锂离子电池及模组

技术领域

本实用新型涉及动力电池领域，尤其涉及一种方形铝壳锂离子电池及模组。

背景技术

电动车因其节能环保的特点得到了社会的认可，电池能量密度是影响车辆续航里程的关键指标。目前的车用电池包，一般由若干单体电芯排列成组，再加上端板，用扎带捆扎，形成电池模组；若干个电池模组排列在箱体内，形成电池包；然后将电池包装载在车上。以上成组方式，需要加入端板、扎带、电池箱等一系列的辅助件，占用空间的同时，也大幅降低了电池能量密度。

CTC电池技术是最新的电池集成技术，通过将电芯直接集成到车辆底盘上，车身、电池和底盘融为一体，大幅提升电池包的体积密度。采用CTC电池技术的电动车，由于电池成为车体结构的一部分，因此需要保证电池的整体强度也能满足要求。目前的方形铝壳锂离子电池，其铝盖板相对较厚，因此水平方向受力强度较高；但是，方形的铝壳体，为了尽量提高能量密度，其厚度会设计得尽量薄。这样一来，方形铝壳锂离子电池在竖直方向的受力强度就会比较薄弱。但是，CTC电池技术一般会在电池上方直接铺设座舱底板，座椅直接安装在座舱底板上，电池主要承受的是竖直方向的力。这样一来，方形铝壳锂离子电池在竖直方向受力不足的缺点就体现出来了。

实用新型内容

有鉴于此，本实用新型提出了一种方形铝壳锂离子电池、模组及装配方法，能改善电池在竖直方向受力性能。

本实用新型的技术方案是这样实现的：

一方面，本实用新型提供了一种方形铝壳锂离子电池，其包括方形铝壳、铝盖板和卷芯，其中，方形铝壳顶部开口，铝盖板设置于顶部开口处并与之密封，卷芯设置于方形铝壳内，所述卷芯转角处与方形铝壳四个内转角处形成中空区域，所述方形铝壳四个内转角处分别设置有加强筋，所述加强筋设置于中空区域内，加强筋向上延伸至方形铝壳顶部并与铝盖板焊接固定、向下延伸至方形铝壳底部。

在以上技术方案的基础上，优选的，所述加强筋与方形铝壳一体成型。

进一步优选的，所述加强筋包括依次连接并一体成型的第一直边段、弧形段和第二直边段，第一直边段位于方形铝壳窄侧面上，第二直边段位于方形铝壳宽侧面上，弧形段位于方形铝壳转角处。

更进一步优选的，所述加强筋还包括若干弧面突筋，分别间隔设置于第一直边段、弧形段和第二直边段上。

更进一步优选的，所述弧面突筋设置有三个，且分别位于第一直边段、弧形段和第二直边段上，所述卷芯转角处外面分别与三个弧面突筋相抵持。

第二方面，本实用新型提供了一种方形铝壳锂离子电池模组，包括上集成板和下集成板，其中，

下集成板，与车辆底盘集成设置，若干个本实用新型第一方面所述的方形铝壳锂离子电池并排设置于下集成板上；

上集成板，设置于方形铝壳锂离子电池上方，并将车辆座舱底板竖直方向的受力传递给方形铝壳锂离子电池上的四个加强筋。

在以上技术方案的基础上，优选的，所述加强筋上方伸出铝盖板顶部端面且高于铝盖板上的极柱顶部端面，加强筋下方伸出方形铝壳底部端面，所述上集成板和下集成板上分别开设有与加强筋形状相适应的容纳槽，加强筋上下两端分别插入容纳槽内并与上集成板和下集成板相抵持。

进一步优选的，所述上集成板底部设置有避位槽，相邻的方形铝壳锂离子电池极柱与汇流排焊接，所述避位槽宽度大于汇流排，汇流排在高度方向伸入避位槽内。

进一步优选的，还包括导热泡棉、云母格栏和扎带，相邻的方形铝壳锂离子电池之间插入导热泡棉，若干个方形铝壳锂离子电池位于一个云母格栏内，再在云母格栏外周用扎带捆扎。

第三方面，本实用新型提供了本实用新型第二方面所述的方形铝壳锂离子电池模组的装配方法，包括以下步骤，

S1，将方形铝壳锂离子电池挨个装入下集成板上，其中，加强筋插入容纳槽内，相邻的方形铝壳锂离子电池之间插入导热泡棉；

S2，若干个方形铝壳锂离子电池位于一个云母格栏内，再在云母格栏外周用扎带捆扎；

S3，再将相邻的方形铝壳锂离子电池极柱通过汇流排电性连接；

S4，安装上集成板，其中，加强筋插入容纳槽内；

S5，将下集成板与车辆底盘固定，上集成板作为车辆座舱底板，并在上方安装座椅。

本实用新型的方形铝壳锂离子电池、模组及装配方法相对于现有技术具有以下有益效果：

(1)通过在方形铝壳四个内转角处分别设置加强筋，可改善电池在竖直方向受力性能，同时，由于加强筋设置于卷芯与方形铝壳形成的中空区域内，其不会与卷芯干涉，不会降低电池整体的体积能量密度；

(2)设置上集成板和下集成板，下集成板与车辆底盘集成设置，上集成板直接承受车辆座舱底板竖直方向的受力，省略了端板、扎带、电池箱等一系列的辅助件，大幅提高了电池能量密度，同时，加强后的方形铝壳锂离子电池的竖直方向受力强度也能满足要求；

(3)加强筋向上下方向伸出，并插入容纳槽内，防止水平位移，又能将受力直接作用于加强筋上，防止电池其余部分受力变形；另外，加强筋将上集成板顶起，防止电池极柱与汇流排等部件受压变形或者接触短路，便于快速装配成组；

(4)设置导热泡棉，改善散热，同时填充模组长度方向公差，在取消端板后，增加装配柔性；设置云母格栏，出现热失控的时候进行阻隔；设置扎带，防止单体电池晃动，提高模组水平向受力强度。

附图说明

为了更清楚地说明本实用新型实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本实用新型的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本实用新型的方形铝壳锂离子电池的立体图；

图2为本实用新型的方形铝壳锂离子电池去掉铝盖板后的俯视图；

图3为图2中圆圈区域的放大图；

图4为本实用新型的方形铝壳锂离子电池模组的立体图；

图5为本实用新型的方形铝壳锂离子电池模组去掉上集成板后的分解图；

图6为本实用新型的方形铝壳锂离子电池模组的分解图；

图7为本实用新型的上集成板的立体图。

具体实施方式

下面将结合本实用新型实施方式，对本实用新型实施方式中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施方式仅仅是本实用新型一部分实施方式，而不是全部的实施方式。基于本实用新型中的实施方式，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施方式，都属于本实用新型保护的范围。

如图1～3所示，本实用新型的方形铝壳锂离子电池，其包括方形铝壳1、铝盖板2、卷芯3和加强筋4。

其中，方形铝壳1顶部开口，铝盖板2设置于顶部开口处并与之密封，卷芯3设置于方形铝壳1内，所述卷芯3转角处与方形铝壳1四个内转角处形成中空区域10。具体的，以上卷芯3由正极、隔离膜、负极层叠后绕一卷板卷绕而成，卷芯3四个转角处与方形铝壳1四个内转角处自然形成中空区域10。以上为现有技术，在此不再赘述。

为了改善电池在竖直方向上的受力，所述方形铝壳1四个内转角处分别设置有加强筋4，所述加强筋4设置于中空区域10内，防止与卷芯3干涉，从而导致体积能量密度下降。加强筋4向上延伸至方形铝壳1顶部并与铝盖板2焊接固定、向下延伸至方形铝壳1底部。如此，加强筋4与强度相对较高的铝盖板2焊接形成框架结构，在竖直方向上的受力性能将大幅改善。

作为一种优选实施方式，所述加强筋4与方形铝壳1一体成型。当然，也可以采用分体焊接的方式。

作为一种优选实施方式，所述加强筋4包括依次连接并一体成型的第一直边段41、弧形段42和第二直边段43，第一直边段41位于方形铝壳1窄侧面上，第二直边段43位于方形铝壳1宽侧面上，弧形段42位于方形铝壳1转角处。采用以上转角弯曲设计，与卷芯3转角处的弧面结构相适应，能尽量多留出空间给卷芯3，在保证电池容量的同时不降低体积能量密度。

所述加强筋4的设置会降低整体质量能量密度，因此要尽量减轻其重量，作为一种优选实施方式，所述加强筋4还包括若干弧面突筋44，分别间隔设置于第一直边段41、弧形段42和第二直边段43上。具体的，所述弧面突筋44设置有三个，且分别位于第一直边段41、弧形段42和第二直边段43上，所述卷芯3转角处外面分别与三个弧面突筋44相抵持。实践证明，以上结构既能减轻重量，又能有很强的竖直方向受力性能。

第二方面，如图4～7，本实用新型提供了一种方形铝壳锂离子电池模组，包括若干个本实用新型第一方面所述的方形铝壳锂离子电池、上集成板5、下集成板6、云母格栏7、扎带8和导热泡棉9。

下集成板6，与车辆底盘集成设置，若干个本实用新型第一方面所述的方形铝壳锂离子电池并排设置于下集成板6上。具体的，下集成板6可以与车辆底盘一体成型设置；也可以设计成可拆卸式的，便于后期整体拆卸下来进行充电，并更换充满电的电池包。

上集成板5，设置于方形铝壳锂离子电池上方，并将车辆座舱底板竖直方向的受力传递给方形铝壳锂离子电池上的四个加强筋4。具体的，上集成板5可以作为车辆座舱底板使用，并直接在上面安装座椅。

考虑到上集成板5不放面直接压在铝盖板2表面，因为要避开铝盖板2上的极柱和汇流排，而铝盖板2表面的空间有非常狭小，为了便于装配，所述加强筋4上方伸出铝盖板2顶部端面且高于铝盖板2上的极柱顶部端面，加强筋4下方伸出方形铝壳1底部端面，所述上集成板5和下集成板6上分别开设有与加强筋4形状相适应的容纳槽56，加强筋4上下两端分别插入容纳槽56内并与上集成板5和下集成板6相抵持。如此，能防止电池水平位移，又能将受力直接作用于加强筋4上，防止电池其余部分受力变形；另外，加强筋4将上集成板5顶起，防止电池极柱与汇流排等部件受压变形或者接触短路，便于快速装配成组。

考虑到电池极柱与上集成板5之间要预留足够的空间安装汇流排，且不能发生干涉，作为一种优选实施方式，所述上集成板5底部设置有避位槽50，相邻的方形铝壳锂离子电池极柱与汇流排焊接，所述避位槽50宽度大于汇流排，汇流排在高度方向伸入避位槽50内。具体的，为了防止电池极柱被挤压变形，加强筋4上端面需要超出极柱上端面4～6mm。因为极柱高度一般在2～4mm左右，极柱上的汇流排一般3～4mm厚。如此，才能保护汇流排，避免受到压力变形而失效。

相邻的方形铝壳锂离子电池之间插入导热泡棉9，改善散热，同时填充模组长度方向公差，在取消端板后，增加装配柔性。

若干个方形铝壳锂离子电池位于一个云母格栏7内，出现热失控的时候由云母格栏7进行阻隔。具体的，所述云母格栏7可以设计成四片，分别贴在方形铝壳锂离子电池组成的矩阵四个侧面上，便于扎带8捆扎。

云母格栏7外周用扎带8捆扎。由于取消了端板和侧板，采用扎带8进行辅助限位，防止单体电池晃动，提高模组水平向受力强度。具体的，扎带8可采用卡箍配合双螺杆行固定，装配紧固的扭矩要求为150～200Nm。

以下介绍本实用新型的方形铝壳锂离子电池模组的装配方法，包括以下步骤：

S1，将方形铝壳锂离子电池挨个装入下集成板6上，其中，加强筋4插入容纳槽56内，相邻的方形铝壳锂离子电池之间插入导热泡棉9；

S2，若干个方形铝壳锂离子电池位于一个云母格栏7内，再在云母格栏7外周用扎带8捆扎；

S3，再将相邻的方形铝壳锂离子电池极柱通过汇流排电性连接；

S4，安装上集成板5，其中，加强筋4插入容纳槽56内；

S5，将下集成板6与车辆底盘固定，上集成板5作为车辆座舱底板，并在上方安装座椅。

以上所述仅为本实用新型的较佳实施方式而已，并不用以限制本实用新型，凡在本实用新型的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。

Claims (9)

1.一种方形铝壳锂离子电池，其包括方形铝壳(1)、铝盖板(2)和卷芯(3)，其中，方形铝壳(1)顶部开口，铝盖板(2)设置于顶部开口处并与之密封，卷芯(3)设置于方形铝壳(1)内，其特征在于：所述卷芯(3)转角处与方形铝壳(1)四个内转角处形成中空区域(10)，所述方形铝壳(1)四个内转角处分别设置有加强筋(4)，所述加强筋(4)设置于中空区域(10)内，加强筋(4)向上延伸至方形铝壳(1)顶部并与铝盖板(2)焊接固定、向下延伸至方形铝壳(1)底部。

2.如权利要求1所述的方形铝壳锂离子电池，其特征在于：所述加强筋(4)与方形铝壳(1)一体成型。

3.如权利要求2所述的方形铝壳锂离子电池，其特征在于：所述加强筋(4)包括依次连接并一体成型的第一直边段(41)、弧形段(42)和第二直边段(43)，第一直边段(41)位于方形铝壳(1)窄侧面上，第二直边段(43)位于方形铝壳(1)宽侧面上，弧形段(42)位于方形铝壳(1)转角处。

4.如权利要求3所述的方形铝壳锂离子电池，其特征在于：所述加强筋(4)还包括若干弧面突筋(44)，分别间隔设置于第一直边段(41)、弧形段(42)和第二直边段(43)上。

5.如权利要求4所述的方形铝壳锂离子电池，其特征在于：所述弧面突筋(44)设置有三个，且分别位于第一直边段(41)、弧形段(42)和第二直边段(43)上，所述卷芯(3)转角处外面分别与三个弧面突筋(44)相抵持。

6.一种方形铝壳锂离子电池模组，其特征在于：包括上集成板(5)和下集成板(6)，其中，

下集成板(6)，与车辆底盘集成设置，若干个权利要求1所述的方形铝壳锂离子电池并排设置于下集成板(6)上；

上集成板(5)，设置于方形铝壳锂离子电池上方，并将车辆座舱底板竖直方向的受力传递给方形铝壳锂离子电池上的四个加强筋(4)。

7.如权利要求6所述的方形铝壳锂离子电池模组，其特征在于：所述加强筋(4)上方伸出铝盖板(2)顶部端面且高于铝盖板(2)上的极柱顶部端面，加强筋(4)下方伸出方形铝壳(1)底部端面，所述上集成板(5)和下集成板(6)上分别开设有与加强筋(4)形状相适应的容纳槽(56)，加强筋(4)上下两端分别插入容纳槽(56)内并与上集成板(5)和下集成板(6)相抵持。

8.如权利要求7所述的方形铝壳锂离子电池模组，其特征在于：所述上集成板(5)底部设置有避位槽(50)，相邻的方形铝壳锂离子电池极柱与汇流排焊接，所述避位槽(50)宽度大于汇流排，汇流排在高度方向伸入避位槽(50)内。

9.如权利要求7所述的方形铝壳锂离子电池模组，其特征在于：还包括导热泡棉(9)、云母格栏(7)和扎带(8)，相邻的方形铝壳锂离子电池之间插入导热泡棉(9)，若干个方形铝壳锂离子电池位于一个云母格栏(7)内，再在云母格栏(7)外周用扎带(8)捆扎。

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