一種軟包鋰離子電池模塊的制作方法
【專利摘要】一種軟包鋰離子電池模塊，所述模塊包括軟包鋰離子電池層單元、底板、上蓋、緊固螺栓；所述軟包鋰離子電池層單元包括軟包鋰離子電池、框架、散熱板，所述框架為矩形結構，由至少一個矩形腔體構成，所述散熱板設有形狀及數量與所述框架的矩形腔體數量相同的凹坑，所述散熱板卡裝在所述框架中，散熱板上的凹坑陷入框架的矩形腔體中；所述軟包鋰離子電池設置在所述散熱板的凹坑中，整體構成軟包鋰離子電池層單元；至少兩個軟包鋰離子電池層單元沿厚度方向疊置通過緊固螺栓固定安裝在底板與上蓋之間，構成軟包鋰離子電池模塊。電池的一個表面與散熱板實現貼合，便于散熱，框架上布置的散熱風道增強了散熱功能。軟包鋰離子電池層單元可以橫向進行擴展，也可以多層疊壓實現厚度方向的擴展，便于布置，具有結構緊湊，能量密度高的特點。
【專利說明】一種軟包鋰離子電池模塊

【技術領域】
[0001]本發(fā)明涉及一種鋰離子電池模塊，特別是涉及一種軟包鋰離子電池模塊。屬于軟包鋰離子電池制備【技術領域】。

【背景技術】
[0002]發(fā)展節(jié)能和新能源汽車已經成為我國能源戰(zhàn)略的必然選擇，根據發(fā)展規(guī)劃，當前重點是推進純電動汽車和插電式混合動力汽車產業(yè)化。在我國，電動汽車以前常采用鉛酸電池作為動力電池，但是鉛酸電池能量密度低，而且會對環(huán)境帶來負面影響，使得廠家必須另找替代；混合動力汽車以前常采用鎳氫電池，但是鎳氫電池能量密度偏低，不適合用于插電式混合動力汽車。鋰離子電池因為具有更高的能量密度，成為純電動汽車和插電式混合動力汽車的首選。
[0003]我國鋰離子電池的生產歷史并不短，但是生產專門用于電動汽車的軟包鋰離子電池則是近幾年才剛開始。軟包鋰離子電池用于電動汽車首先需要利用模塊化技術，將電池單體組合成合適的模塊，然后組裝成為電池箱。但鋰離子動力電池在電動汽車上模塊化應用時，由于連接方式、一致性、環(huán)境溫度差異等因素的影響，動力電池模塊比能量、比功率等參數達不到單體水平，使用壽命較單體電池縮短，導致系統(tǒng)使用和維護成本增加，成為制約電動車輛產業(yè)化發(fā)展和應用的瓶頸問題之一。提高電動汽車動力電源的壽命除提高電池自身技術外，還要從電池集成方法或者模塊結構展開研究，使電池模塊壽命接近或達到電池單體水平，這已經成為電動汽車行業(yè)的共識。
[0004]軟包鋰離子電池構成模塊時，單體在空間狀態(tài)主要有以下幾種方案。方案一是直立，該方案便于組裝和連接，通用汽車VOLT即采用了此方案；方案二是側立，該方案在高度上占用空間小，便于布置，韓國LG公司采用了此方案；方案三是平躺，該方案對電池的使用壽命最有利，但是安裝與連接則會帶來不便。
[0005]例如，專利文獻CN103168387A公開了一種用于電動車輛的電池組。
[0006]該電池組的電池單體采用直立方案，單體之間有電絕緣和導熱的中間板體。中間板體一直延伸至電池底部，在底部設置有導熱層，導熱層下面有散熱層。電池產生的熱量通過中間板體與導熱層，在散熱層將熱量散發(fā)。該方案的散熱結構相對來說比較復雜，制造成本較高，同時直立的方案對電池的使用壽命不利。
[0007]市場急需一種結構簡單、易于擴展、方便維修又能夠對電池起到很好保護作用的模塊方案。


【發(fā)明內容】

[0008]本發(fā)明的目的就是要克服現有軟包鋰離子電池模塊的不足，提供一種結構簡單、易于擴展、方便維修的軟包鋰離子電池模塊，提高電動汽車鋰離子電池組的使用壽命。
[0009]本發(fā)明一種軟包鋰離子電池模塊，所述模塊包括軟包鋰離子電池層單元、底板、上蓋、緊固螺栓；所述軟包鋰離子電池層單元包括軟包鋰離子電池、框架、散熱板，所述框架為矩形結構，由至少一個矩形腔體構成，所述散熱板設有形狀及數量與所述框架的矩形腔體數量相同的凹坑，所述散熱板卡裝在所述框架中，散熱板上的凹坑陷入框架的矩形腔體中；所述軟包鋰離子電池設置在所述散熱板的凹坑中，整體構成軟包鋰離子電池層單元；所述散熱板上設置有螺栓孔；
[0010]至少兩個軟包鋰離子電池層單元沿厚度方向疊置通過緊固螺栓穿裝在設于框架、底板、上蓋上的螺栓孔中，將多個軟包鋰離子電池層單元固定安裝在底板與上蓋之間，構成軟包鋰離子電池模塊。
[0011]本發(fā)明一種軟包鋰離子電池模塊，所述框架的一條邊上設有第一凹槽，所述軟包鋰離子電池卡裝在所述散熱板的凹坑中，電池極耳穿過所述第一凹槽延伸至軟包鋰離子電池模塊外。
[0012]本發(fā)明一種軟包鋰離子電池模塊，所述框架中設有第一凹槽的邊定義為第一邊，垂直于第一邊的邊定義為第二邊；所述第一邊與第二邊交匯處的第一邊上表面設有第二凹槽，所述第二凹槽的軸線與第二邊的軸線平行；所述第二凹槽的深度大于等于第一邊高度的 1/2。
[0013]本發(fā)明一種軟包鋰離子電池模塊，在所述框架第一邊上設有軸線平行于所述框架平面的凸臺，所述凸臺設置于每一個矩形腔體的中心線上；該凸臺一方面構成電池正負極之間的隔離墩，防止電池短路事故的發(fā)生；另一方面也可以在凸臺上鉆孔，為框架提供緊固條件。
[0014]本發(fā)明一種軟包鋰離子電池模塊，所述框架由絕緣材料鑄造制成，所述絕緣材料選自工程塑料、玻璃鋼、PVC復合材料、尼龍中的一種。
[0015]本發(fā)明一種軟包鋰離子電池模塊，所述散熱板上設置的凹坑兩側端部各延設有一卡槽，所述卡槽的橫截面呈矩形、底面開口，所述卡槽的開口方向與所述凹坑的開口方向相反，當所述散熱板卡裝在所述框架中時，框架的第二邊卡裝在所述卡槽中，所述散熱板上設置的卡槽與所述框架的第二邊之間形成的空隙以及設置于所述框架第一邊上的第二凹槽共同構成所述軟包鋰離子電池模塊的散熱通道。
[0016]本發(fā)明一種軟包鋰離子電池模塊，所述散熱板由金屬材料沖壓成型，所述金屬材料選自鋁、銅、鋅的一種金屬或其合金。
[0017]本發(fā)明一種軟包鋰離子電池模塊，所述軟包鋰離子電池之間通過導電片連接，實現并聯或串聯。
[0018]本發(fā)明一種軟包鋰離子電池模塊，所述導電片分為端部導電片與中間導電片。
[0019]本發(fā)明一種軟包鋰離子電池模塊，所述中間導電片為長方形，其上設有沿長方形軸線對稱分布的兩組長條形通槽，該長條形通槽用作極耳過孔。
[0020]本發(fā)明一種軟包鋰離子電池模塊，所述端部導電片為長方形，沿長方形的長度方向均布有長條形通槽；所述端部導電片上設置的長條形通槽的數量與所述中間導電片上設置的長條形通槽數量相同；或
[0021]所述端部導電片上設置的長條形通槽的數量是所述中間導電片上設置的長條形通槽數量的1/2。
[0022]本發(fā)明一種軟包鋰離子電池模塊，端部導電片或中間導電片上的每一個長條形通槽的寬度比所述軟包鋰離子電池極耳厚度大0.5-lmm，相鄰長條形通槽之間的間距為所述軟包鋰離子電池的厚度與散熱片厚度之和。
[0023]本發(fā)明一種軟包鋰離子電池模塊，根據同層中軟包鋰離子電池層單元的數量，在所述框架與底板上對應布置相同數量的凸臺，隔離電池的兩極，防止電池短路，同時可以在凸臺上鉆孔為軟包鋰離子電池模塊的壓緊提供緊固件安裝位置。
[0024]本發(fā)明采用上述結構，與現有技術相比，具有以下優(yōu)點:
[0025]1、采用散熱板上的凹坑與框架的矩形腔體構成的空間容置軟包電池，散熱板與框架對軟包鋰離子電池起到良好的保護作用，有利于延長電池的使用壽命，軟包電池在模塊中處于平躺的狀態(tài)，進一步提升軟包電池的使用壽命。
[0026]2、采用散熱板上的凹坑與框架的矩形腔體構成的空間容置軟包電池，散熱板與電池的表面實現貼合，便于散熱；軟包鋰離子電池層單元之間緊密結合，使電池模塊結構緊湊，比能量高，可達到120Wh/Kg。
[0027]3、采用散熱板結合框架的結構，使電池模塊的可擴展性好，可以根據使用的要求對層單元電池個數以及模塊層單元的層數進行靈活地調整，便于布置，具有結構緊湊，能量密度高的優(yōu)點。
[0028]4、采用散熱板結合框架的結構，在軟包鋰離子電池兩側形成了冷卻風道，使模塊具有良好的散熱功能，有效提升了軟包鋰離子電池的使用壽命及軟包電池模塊工作的穩(wěn)定性和可靠性。
[0029]5、采用端部導電片與中間導電片相結合的連接結構，導電片與極耳的連接可靠，電池之間可以方便的實現串、并聯連接以構成電壓、容量等參數滿足要求的電池模塊；且連接以橫向連接為主，給維修時拆換電池帶來便利，同時，導電片截面積損失小，可降低導電片厚度。
[0030]6、框架第一邊上設置的軸線平行于所述框架平面的凸臺，將電池單體的兩極隔開，減少在裝配、連接、維修時出現短路的可能。
[0031]綜上所述，本發(fā)明提供的一種軟包鋰離子電池模塊，具有結構緊湊，維修方便，擴展容易；既能夠對電池起到良好的保護作用，又很好地實現了電氣連接；既實現單體的隔離，又達到散熱的要求。對電動汽車鋰電池組延長使用壽命和提高能量密度具有顯著的作用。適于工業(yè)化生產。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0032]附圖1為本發(fā)明四個軟包鋰離子電池單體構成的軟包鋰離子電池層單元結構爆炸圖；
[0033]附圖2為本發(fā)明中2層軟包鋰離子電池層單元構成的軟包鋰離子電池模塊結構爆炸圖；
[0034]附圖3為本發(fā)明的中間導電連接片結構示意圖；
[0035]附圖4為本發(fā)明的一種端部導電連接片結構示意圖；
[0036]附圖5為本發(fā)明的另一種端部導電連接片結構示意圖；
[0037]附圖6為本發(fā)明構成的4X4模塊電連接圖；
[0038]附圖7為本發(fā)明實施例2制備的4X20軟包鋰離子電池層單元構成72V40Ah電池模塊的電連接圖。
[0039]1-軟包鋰離子電池；2-散熱板；3-框架，4-上蓋，5-底板；6-端部導電片；7-中間導電片。

【具體實施方式】
[0040]下面結合附圖對本發(fā)明的實施方式作進一步描述。
[0041]實施例1
[0042]參見附圖1、2、3、4、5、6，本發(fā)明一種軟包鋰離子電池模塊，所述模塊包括軟包鋰離子電池層單元、底板5、上蓋4、緊固螺栓；所述軟包鋰離子電池層單元包括軟包鋰離子電池
1、框架3、散熱板2，所述框架3為矩形結構，由四個矩形腔體17構成，所述散熱板2設有形狀及數量與所述框架3的矩形腔體17數量相同的凹坑，所述散熱板2卡裝在所述框架3中，散熱板2上的凹坑陷入框架3的矩形腔體17中；所述軟包鋰離子電池I設置在所述散熱板2的凹坑中，整體構成軟包鋰離子電池層單元；
[0043]四個軟包鋰離子電池層單元沿厚度方向疊置通過緊固螺栓固定安裝在底板5與上蓋4之間，構成軟包鋰離子電池模塊；
[0044]所述框架3的一條邊上設有第一凹槽8，所述軟包鋰離子電池I卡裝在所述散熱板2的凹坑中，電池極耳9穿過所述第一凹槽8延伸至軟包鋰離子電池模塊外；
[0045]所述框架3中設有第一凹槽8的邊定義為第一邊10，垂直于第一邊10的邊定義為第二邊11 ;所述第一邊10與第二邊11交匯處的第一邊10上表面設有第二凹槽12，所述第二凹槽12的軸線與第二邊11的軸線平行；
[0046]在所述第一邊10上設有軸線平行于所述框架3平面的凸臺13，所述凸臺13設置于每一個矩形腔體17的中心線上；該凸臺13 —方面構成軟包鋰離子電池I正負極之間的隔離墩，防止電池短路事故的發(fā)生；另一方面也可以在凸臺13上鉆孔，為框架3提供緊固條件；
[0047]所述散熱板2上設置的凹坑兩側端部各延設有一卡槽14，所述卡槽14的橫截面呈矩形、底面開口，所述卡槽14的開口方向與所述凹坑的開口方向相反，當所述散熱板2卡裝在所述框架3中時，框架3的第二邊11卡裝在所述卡槽14中，所述散熱板2上設置的卡槽14與所述框架3的第二邊11之間形成的空隙以及設置于所述框架3第一邊10上的第二凹槽12共同構成所述軟包鋰離子電池模塊的散熱通道；
[0048]所述軟包鋰離子電池I之間通過導電片連接，實現并聯或串聯；
[0049]所述導電片分為端部導電片6與中間導電片7 ;所述中間導電片7為長方形，其上設有沿長方形軸線對稱分布的兩組長條形通槽15，每組長條形通槽中包含4條通槽，該通槽15用作極耳9的過孔；
[0050]所述端部導電片6為長方形，沿長方形的長度方向均布有長條形通槽16 ;所述端部導電片6上設置的長條形通槽16的數量與所述中間導電片7上設置的一組長條形通槽15數量相同；
[0051 ] 端部導電片6或中間導電片7上的每一個長條形通槽的寬度比所述軟包鋰離子電池極耳9厚度大0.5-1_，相鄰長條形通槽之間的間距為所述軟包鋰離子電池I的厚度與散熱片2厚度之和；
[0052]利用端部導電片6和中間導電片7，4X4模塊按照附圖6所示的連接方式進行四并四串連接得到14.4V、40Ah電池層單元組20 (4X 4模塊)。
[0053]本實施例中，所述框架3由工程塑料制成；所述散熱板由鋁板沖壓成型；
[0054]本實施例中，在與框架3第一邊10平行的邊上設有2個凸臺，在底板、上蓋上對應位置設有2個凸臺，凸臺上可以鉆孔，緊固螺栓穿過凸臺上的鉆孔將軟包鋰離子電池模塊壓緊。
[0055]實施例2
[0056]參見附圖7，本發(fā)明制備的4X20模塊構成72V40Ah軟包鋰離子電池模塊；
[0057]本實施例2與實施例1的區(qū)別在于:本實施例的軟包鋰離子電池模塊由20層軟包鋰離子電池層單元構成，每一層軟包鋰離子電池層單元中有4塊軟包鋰離子電池，每四層軟包鋰離子電池層單元通過端部導電片6、中間導電片7，實現串聯連接，構成電池層單元組，共有5個層單元組疊置，層單元組之間由端部導電片6a實現串聯，最終構成72V40Ah軟包鋰離子電池模塊；
[0058]所述中間導電片7為長方形，其上設有沿長方形軸線對稱分布的兩組通槽，每一組通槽中有4個相互平行的長條形通槽15 ；
[0059]所述端部導電片6為長方形，沿長方形的長度方向均布有長條形通槽16 ；
[0060]所述端部導電片6分為端部導電片6a與端部導電片6,端部導電片6用于軟包鋰離子電池總正極或總負極的連接，端部導電片6a用于連接相鄰的軟包鋰離子電池層單元組；
[0061]本實施例中，所述端部導電片6a上設置的長條形通槽16的數量與所述中間導電片7上設置的長條形通槽15數量相同；所述端部導電片6上設置的長條形通槽16的數量是所述中間導電片7上設置的長條形通槽15數量的一半。
[0062]端部導電片6或中間導電片7上的每一個長條形通槽的寬度比所述軟包鋰離子電池I的極耳厚度大0.5-1_，相鄰長條形通槽之間的間距為所述軟包鋰離子電池I的厚度與散熱片2厚度之和。
[0063]本發(fā)明的工作原理簡述于下:
[0064]本發(fā)明軟包鋰離子電池層單元可以橫向進行擴展，也可以多層疊壓實現厚度方向的擴展。
[0065]橫向的擴展和層數的擴展可以根據實際情況的需要進行調整。主要考慮因素包括安裝位置的空間限制；模塊的機械結構強度；電池組容量對電池并聯數量的要求等。
[0066]中間導電片7由銅片沖壓而成，該導電片左右兩側各有兩個I毫米左右高度的長條形通槽，用于穿過極耳，電池的負極耳從通槽中穿入，焊接時極耳可以往上或往下翻折至與導電片接觸，然后再進行焊接；該中間導電片可以根據需要進行擴展；本發(fā)明的導電片連接以橫向連接為主，使導電片通電時，極耳寬度方向與電流傳導方向一致，導電片上挖出穿過極耳的通槽導致導電片最大導電橫截面積的損失僅為缺口高度(Imm)與導電片厚度(0.5mm)的積(約0.5mm2)，若采用縱向連接方案，則是極耳厚度方向與電流傳導方向一致，則最大導電橫截面積的損失將為極耳寬度(12mm)與導電片厚度的積(約6mm2)，導電截面積的損失大大增加。本發(fā)明所采用的電連接方案中導電片的連接主要是橫向的連接，導電片的最大導電橫截面積損失最小，選取導電片時截面積減小，降低了銅材的消耗。
[0067]端部導電片6由銅片沖壓而成，該導電片用于電池模塊在端部的導電連接；可實現將最左側并聯的四個電池正極并聯起來，或者將最右側并聯的四個電池負極并聯起來。該端部導電片可以根據需要進行擴展，例如要實現將最左側并聯的N個電池正極并聯起來，則應將導電片上下高度調整，在左右兩側各開N個I毫米左右高度的長條形通槽，用于穿過極耳。
[0068]以3.6V、10Ah電池單體為例，若要得到14.4V、40Ah電池模塊則需要對16個電池進行四并四串連接。電池布置時，正負順序相同，連接時最左側的四個同極性(假設為正)極耳并聯焊接在同一塊端部導電片6上。最左側電池的負極與正極被框架的凸臺13隔開，起到避免短路的作用。最左側電池的負極與左起第二組電池的正極通過中間導電片7連接在一起實現兩組電池的串聯。依次連接，4X4模塊可以方便地按照附圖6所示的連接方式進行四并四串連接得到14.4V、40Ah電池模塊。
[0069]端部導電片6a由銅片沖壓而成，用于軟包鋰離子電池層單元組之間的串聯，被串聯的兩個電池層單元組其電池的極耳極性順序應該相反。每四層電池構成層單元組，20層電池構成5個層單元組，疊置后按照圖7所示利用導電片連接起來可得到72V40Ah軟包鋰離子電池模塊。模塊中散熱板、頂板、底板對電池構成垂直方向的約束，裝配好的模塊對電池施加一定的壓力。電池承受一定的壓力使得電池在使用過程中不會發(fā)生水平面上的縱、橫向位移，避免電池與邊框發(fā)生碰撞而導致的損壞。
[0070]頂板、底板、電池可構成一層。
【權利要求】
1.一種軟包鋰離子電池模塊，所述模塊包括軟包鋰離子電池層單元、底板、上蓋、緊固螺栓；所述軟包鋰離子電池層單元包括軟包鋰離子電池、框架、散熱板，所述框架為矩形結構，由至少一個矩形腔體構成，所述散熱板設有形狀及數量與所述框架的矩形腔體數量相同的凹坑，所述散熱板卡裝在所述框架中，散熱板上的凹坑陷入框架的矩形腔體中；所述軟包鋰離子電池設置在所述散熱板的凹坑中，整體構成軟包鋰離子電池層單元； 至少兩個軟包鋰離子電池層單元沿厚度方向疊置通過緊固螺栓固定安裝在底板與上蓋之間，構成軟包鋰離子電池模塊。
2.根據權利要求1所述的一種軟包鋰離子電池模塊，其特征在于:所述框架的一條邊上設有第一凹槽，所述軟包鋰離子電池卡裝在所述散熱板的凹坑中，電池極耳穿過所述第一凹槽延伸至軟包鋰離子電池模塊外。
3.根據權利要求2所述的一種軟包鋰離子電池模塊，其特征在于:所述框架中設有第一凹槽的邊定義為第一邊，垂直于第一邊的邊定義為第二邊；所述第一邊與第二邊交匯處的第一邊上表面設有第二凹槽，所述第二凹槽的軸線與第二邊的軸線平行；所述第二凹槽的深度大于等于第一邊高度的1/2。
4.根據權利要求3所述的一種軟包鋰離子電池模塊，其特征在于:在所述框架第一邊上設有軸線平行于所述框架平面的凸臺，所述凸臺設置于每一個矩形腔體的中心線上；該凸臺一方面構成電池正負極之間的隔離墩，防止電池短路事故的發(fā)生；另一方面也可以在凸臺上鉆孔，為框架提供緊固條件。
5.根據權利要求1所述的一種軟包鋰離子電池模塊，其特征在于:所述框架由絕緣材料鑄造制成，所述絕緣材料選自工程塑料、玻璃鋼、PVC復合材料、尼龍中的一種。
6.根據權利要求1所述的一種軟包鋰離子電池模塊，其特征在于:所述散熱板由金屬材料沖壓成型，所述金屬材料選自鋁、銅、鋅的一種金屬或其合金。
7.根據權利要求1所述的一種軟包鋰離子電池模塊，其特征在于:所述軟包鋰離子電池之間通過導電片連接，實現并聯或串聯；所述導電片分為端部導電片與中間導電片。
8.根據權利要求7所述的一種軟包鋰離子電池模塊，其特征在于:所述中間導電片為長方形，其上設有沿長方形軸線對稱分布的兩組長條形通槽，該長條形通槽用作極耳過孔； 所述端部導電片為長方形，沿長方形的長度方向均布有長條形通槽；所述端部導電片上設置的長條形通槽的數量與所述中間導電片上設置的長條形通槽數量相同；或 所述端部導電片上設置的長條形通槽的數量是所述中間導電片上設置的長條形通槽數量的1/2。
9.根據權利要求8所述的一種軟包鋰離子電池模塊，其特征在于:端部導電片或中間導電片上的每一個長條形通槽的寬度比所述軟包鋰離子電池極耳厚度大0.5-lmm，相鄰長條形通槽之間的間距為所述軟包鋰離子電池的厚度與散熱片厚度之和。
10.根據權利要求1-9任意一項所述的一種軟包鋰離子電池模塊，其特征在于:散熱板上設置的凹坑兩側端部各延設有一卡槽，所述卡槽的橫截面呈矩形、底面開口，所述卡槽的開口方向與所述凹坑的開口方向相反，當所述散熱板卡裝在所述框架中時，框架的第二邊卡裝在所述卡槽中，所述散熱板上設置的卡槽與所述框架的第二邊之間形成的空隙以及設置于所述框架第一邊上的第二凹槽共同構成所述軟包鋰離子電池模塊的散熱通道。
【文檔編號】H01M2/10GK104183863SQ201410386683
【公開日】2014年12月3日 申請日期:2014年8月7日 優(yōu)先權日:2014年8月7日
【發(fā)明者】張軍, 張華平, 卿劍平, 鄧自賢, 張練達 申請人:長豐集團有限責任公司