一種圓柱形鋰電池組的製作方法

2023-05-07 13:30:31 1

本申請涉及鋰電池技術領域，具體涉及一種圓柱形鋰電池組。

背景技術：

1、許多電池系統——例如動力鋰離子電池系統，其單體數量多，在工作過程中(特別是在大倍率充放電過程中)會產生大量的熱量，在電池系統箱體模塊中，內部的單體電芯的熱量的散出十分困難，模塊間的熱量堆積，會造成電池箱體內部溫升很高，這不僅使電池組的循環壽命降低，還會引起嚴重的安全問題。因此，這就要求電池模塊能良好的熱散結構。

2、現有圓柱形鋰電池組中，其單體電芯與載流板的導電，採用焊接連接。焊接導電連接導致多個單體電芯焊接成整體，單節電芯損壞以及集流導電板的安全保護功能失效時無法維修。單節電芯間無通風孔的風道設計，導致熱量的堆積，電池組溫度的升高，電池組的溫差加大。

3、圓柱電池的成組，現有方式都是使用帶有圓形孔位的固定支架來做成組方式。孔位的尺寸公差以及電池直徑的尺寸公差累加，導致電池模組內部電池無法完全固定，電池模組內部電池無法達到完全固定的狀態下存在產品使用過程中焊點脫落。導致電池損壞。

技術實現要素：

本申請的目的是：針對上述問題，提供一種具有優秀散熱性能的圓柱形鋰電池組。

為了達到上述目的，本申請的技術方案是：

一種圓柱形鋰電池組,包括：

電池固定架，

連接於所述電池固定架上的若干顆平行分布的單體電芯，

與所述單體電芯相連的串聯載流片和並聯載流片，以及

載流片絕緣固定板；

所述電池固定架、串聯載流片、並聯載流片和載流片絕緣固定板上密布開設貫穿該圓柱形鋰電池組的通風散熱孔。

在本申請的一些優選實施例中，所述通風散熱孔與所述單體電芯錯位布置。

在本申請的又一些優選實施例中，所述電池固定架、串聯載流片、並聯載流片和載流片絕緣固定板上開設的所述通風散熱孔直線貫穿該圓柱形鋰電池組。

在本申請的又一些優選實施例中，所述電池固定架、串聯載流片、並聯載流片和載流片絕緣固定板上開設的所述通風散熱孔沿著所述單體電芯的軸線方向直線貫穿該圓柱形鋰電池組。

在本申請的又一些優選實施例中，所述電池固定架上制有若干電芯插孔，所述單體電芯插設在所述電芯插孔中。

在本申請的又一些優選實施例中，所述電池固定架上的所述通風散熱孔與所述電芯插孔錯位布置。

在本申請的又一些優選實施例中，所述電芯插孔在所述電池固定架上縱橫均勻分布，所述電池固定架上的所述通風散熱孔布置在相鄰三個電芯插孔之間的中心位置。

在本申請的又一些優選實施例中，所述串聯載流片、並聯載流片和載流片絕緣固定板均垂直於所述單體電芯布置。

在本申請的又一些優選實施例中，該圓柱形鋰電池組的頂部固定有PCB板。

本申請的優勢在於：

1、本申請在電池組的電池固定架、串聯載流片、並聯載流片和載流片絕緣固定板上密布開設了貫穿該電池組的通風散熱孔，使其每隻電池均有熱量流通散熱通道，降低電池組內部溫差。大大提高了電池組的散熱能力，避免熱量在電池組內部堆積，保證電池組處於適宜的工作環境中，增加電池包的使用壽命。

2、圓柱電池的成組，現有方式都是使用帶有圓形孔位的固定支架來做成組方式。孔位的尺寸公差以及電池直徑的尺寸公差累加，導致電池模組內部電池無法完全固定，電池模組內部電池無法完全固定的狀態下，存在產品使用過程中焊點受力導致脫落。而本申請採用螺絲鎖緊固定的方式將各個電池固定架鎖緊固定在一起，大大加強了單體電芯與電池固定架間的連接穩固度。

3、對電池組做冗餘的成組結構，電池與串並聯載流片為接觸式連接，保證電池包後續的運行維護降低難度。

4、對所有的電池串並聯導電連接片做絕緣防護及連接防呆結構，避免批量組裝生產時出現操作失誤狀況，降低組裝生產時出現的短路風險。

5、解決了單節電芯損壞以及集流導電板的安全保護功能失效時無法維修問題。

6、走線槽可以對線材固定保護，使電壓採集溫度採集信號線等能有序布置，避免採集線信號線受電磁幹擾。

7、電池模組正負極單邊輸出，降低模組集成的導電連接難度。

附圖說明

圖1為本申請實施例中圓柱形鋰電池組的分解結構示意圖；

圖2為本申請實施例中圓柱形鋰電池組的整體總裝結構示意圖；

圖3為本申請實施例中圓柱形鋰電池組的剖面結構示意圖；

圖4為本申請實施例中左電池固定架的結構示意圖。

其中：1-左電池固定架，2-右電池固定架，3-單體電芯，4-第一中間並聯載流片，5-第二中間並聯載流片，6-串聯載流片，7-正極輸出並聯載流片，8-負極輸出並聯載流片，9-左載流片絕緣固定板，10-右載流片絕緣固定板，11-PCB板，A-防呆柱，B-通風散熱孔，C-暗扣通線槽,D-走線卡扣,E-溫度線放置槽,F-插接口，G-防呆孔，H-正極輸出，I-負極輸出，J-絕緣隔離筋。

具體實施方式

下面通過具體實施方式結合附圖對本申請作進一步詳細說明。本申請可以以多種不同的形式來實現，並不限於本實施例所描述的實施方式。提供以下具體實施方式的目的是便於對本申請公開內容更清楚透徹的理解，其中上、下、左、右等指示方位的字詞僅是針對所示結構在對應附圖中位置而言。

然而，本領域的技術人員可能會意識到其中的一個或多個的具體細節描述可以被省略，或者還可以採用其他的方法、組件或材料。在一些例子中，一些實施方式並沒有描述或沒有詳細的描述。

此外，本文中記載的技術特徵、技術方案還可以在一個或多個實施例中以任意合適的方式組合。對於本領域的技術人員來說，易於理解與本文提供的實施例有關的方法的步驟或操作順序還可以改變。因此，附圖和實施例中的任何順序僅僅用於說明用途，並不暗示要求按照一定的順序，除非明確說明要求按照某一順序。

本文中為部件所編序號本身，例如「第一」、「第二」等，僅用於區分所描述的對象，不具有任何順序或技術含義。而本申請所說「連接」、「聯接」，如無特別說明，均包括直接和間接連接(聯接)。

圖1至圖4示出了本申請這種圓柱形鋰電池組的一個優選實施例，與傳統圓柱形鋰電池組相同的是，其也包括沿直線方向自左向右依次相連的多個電池模塊，電池模塊的數量可根據對電池組的功率和容量需求而靈活設定，一般至少為兩個，本實施例具體為4個。如果按照零部件類型劃分，該電池組也與傳統圓柱形鋰電池組一樣，包括電池固定架，連接於所述電池固定架上的若干顆平行分布的單體電芯，與所述單體電芯相連的串聯載流片和並聯載流片等部件。

本實施例的關鍵改進在於：

每個電池模塊均包括:絕緣材質的左電池固定架1,絕緣材質的右電池固定架2,布置於左電池固定架1和右電池固定架2之間的電芯層，以及將左電池固定架1和右電池固定架2鎖緊固定在一起的鎖緊螺絲。不難理解，左電池固定架1和右電池固定架2通過鎖緊螺絲鎖緊固定在一起後，大大提高了左電池固定架1、右電池固定架2和單體電芯3之間的連接穩定度。前述電芯層由多顆平行分布的圓柱形的單體電芯3組成，每顆單體電芯3的軸線左右延伸布置，每個電芯層中單體電芯3的具體數量可根據功率和容量需求而靈活設定。

前述鎖緊螺絲將左電池固定架1和右電池固定架2沿著單體電芯3的軸線方向鎖緊固定在一起，如此將各顆單體電芯3軸向夾緊在左電池固定架1和右電池固定架2之間，防止單體電芯3脫開，增強該電池組的結構穩固性。

在任意相鄰的兩個電池模塊中，處於左側的那個電池模塊的右電池固定架2和處於右側的那個電池模塊的左電池固定架1緊挨布置，並且二者(「二者」分別指前述任意相鄰的兩個電池模塊中處於左側的那個電池模塊的右電池固定架2和處於右側的那個電池模塊的左電池固定架1)通過螺絲鎖緊固定,同時二者(「二者」分別指前述任意相鄰的兩個電池模塊中處於左側的那個電池模塊的右電池固定架2和處於右側的那個電池模塊的左電池固定架1)之間夾設有與對應的單體電芯3相連接的第一中間並聯載流片4和第二中間並聯載流片5，第一中間並聯載流片4和第二中間並聯載流片5絕緣隔離。而且，對應的右電池支架2上成型有絕緣隔離筋J，該絕緣隔離筋J將第一中間並聯載流片4和第二中間並聯載流片5相互隔開，降低組裝生產時出現的短路風險(最右端電池模塊的右電池支架2上也成型有絕緣隔離筋J，以用於絕緣隔離下述正極輸出並聯載流片7和負極輸出並聯載流片8)。

具體地，每個電芯層中的各顆單體電芯3可分為兩組，一般這兩組單體電芯3的電芯數量相等，而且這兩組單體電芯3分布方向相反——其中一組正極朝左、負極朝右布置，另一組負極朝左、正極朝右布置。上述第一中間並聯載流片4和第二中間並聯載流片5分別與這兩組單體電芯3相連接。

處於最左端的那個電池模塊，其左電池固定架1的左側部固定有與該電池模塊中所述單體電芯3相連接的串聯載流片6。而處於最右端的那個電池模塊，其右電池固定架2的右側部固定有該電池模塊中對應的所述單體電芯3相連接的正極輸出並聯載流片7和負極輸出並聯載流片8。

這裡所說的「最左端」和「最右端」，是指在這些沿著直線方向自左向右依次分布的所有電池模塊中，處於左右兩端部的那兩個電池模塊。

在本實施中，第一中間並聯載流片4與對應的單體電芯3間的連接方式為接觸連接，而非傳統的焊接連接。第二中間並聯載流片5與對應的單體電芯3間的連接方式為接觸連接，而非傳統的焊接連接。串聯載流片6與對應的單體電芯3間的連接方式為接觸連接，而非傳統的焊接連接。正極輸出並聯載流片7與對應的單體電芯3間的連接方式為接觸連接，而非傳統的焊接連接。負極輸出並聯載流片8與對應的單體電芯3間的連接方式為接觸連接，而非傳統的焊接連接。前述各部件(即第一中間並聯載流片4、第二中間並聯載流片5、串聯載流片6、正極輸出並聯載流片7和負極輸出並聯載流片8)與單體電芯採用接觸緊壓的連接方式，可避免成組導電焊接過程中導致的電芯損壞，而且能夠降低電池組的組裝難度，提高批量化生產效率。

為了保證上述部件與單體電芯之間接觸連接的穩定性，將上述第一中間並聯載流片4、第二中間並聯載流片5、串聯載流片6、正極輸出並聯載流片7和負極輸出並聯載流片8均採用結構膠加螺絲鎖緊的方式固定連接在對應的左電池固定架1或右電池固定架2上。對載流導電片與電池支架的裝配用結構膠與螺絲鎖緊固定，在保證應力分散與足夠強度的狀態下，利用緊壓式的方法對電池組的串並聯做導電連接，可以避免焊接過程中對電芯損壞。

具體來說，參照圖1所示，第一中間並聯載流片4和第二中間並聯載流片5均通過結構膠加螺絲鎖緊的方式固定連接在對應的右電池固定架2上，而且是非端部電池模塊的右電池固定架2上。串聯載流片6通過結構膠加螺絲鎖緊的方式固定連接在最左端電池模塊的左電池固定架1上。正極輸出並聯載流片7和負極輸出並聯載流片8通過結構膠加螺絲鎖緊的方式固定連接在最右端電池模塊的右電池固定架2上。

該電池組的正極輸出並聯載流片7和負極輸出並聯載流片8布置於同一側，正負極單邊輸出，降低了電池模組集成的導電連接難度。

為了防止導電材質的上述串聯載流片6、正極輸出並聯載流片7和負極輸出並聯載流片8直接裸露在電池組側部，同時為了進一步提高串聯載流片6、正極輸出並聯載流片7及負極輸出並聯載流片8與對應左電池固定架1或右電池固定架2的連接穩固性，該鋰電池組還設置了左載流片絕緣固定板9和右載流片絕緣固定板10。其中，左載流片絕緣固定板9通過螺絲鎖緊固定在最左端電池模塊的左電池固定架1的左側，並且該左載流片絕緣固定板9將上述串聯載流片6罩於其內，即串聯載流片6被夾在左載流片絕緣固定板9和最左端電池模塊的左電池固定架1之間。右載流片絕緣固定板10通過螺絲鎖緊固定在最右端電池模塊的右電池固定架2的右側，並且該右載流片絕緣固定板10將上述正極輸出並聯載流片7和負極輸出並聯載流片8罩於其內，即正極輸出並聯載流片7和負極輸出並聯載流片8被夾在右載流片絕緣固定板10和最右端電池模塊的右電池固定架2之間。

不難看出，左載流片絕緣固定板9和右載流片絕緣固定板10對串聯載流片6、正極輸出並聯載流片7和負極輸出並聯載流片8起到絕緣防護功能。

用於連接上述串聯載流片6和對應左電池固定架1(最左端電池模塊的左電池固定架1)的螺絲、用於連接上述左載流片絕緣固定板9和對應左電池固定架1(最左端電池模塊的左電池固定架1)的螺絲，可以是同一組螺絲，也可以採用兩組不同的螺絲。具體在本實施了中，採用了兩組不同的螺絲，裝配時，先利用第一組螺絲加結構膠將串聯載流片6與對應左電池固定架1連接固定，再利用第二組螺絲將左載流片絕緣固定板9和對應左電池固定架1連接固定，從而將串聯載流片6緊壓在對應左電池固定架1上。

為了方便上述第一中間並聯載流片4、第二中間並聯載流片5、串聯載流片6、正極輸出並聯載流片7、負極輸出並聯載流片8、左載流片絕緣固定板9和右載流片絕緣固定板10在左電池固定架1或右電池固定架2上的安裝，本實施例在左電池固定架1和右電池固定架2上成型有多個防呆柱A，第一中間並聯載流片4、第二中間並聯載流片5、串聯載流片6、正極輸出並聯載流片7、負極輸出並聯載流片8、左載流片絕緣固定板9和右載流片絕緣固定板10上設置有與所述防呆柱A適配的防呆孔G。第一中間並聯載流片4、第二中間並聯載流片5、串聯載流片6、正極輸出並聯載流片7、負極輸出並聯載流片8、左載流片絕緣固定板9、右載流片絕緣固定板10在與左電池固定架1或右電池固定架2的裝配過程中，先將其防呆孔G穿套在相應的防呆柱A上，從而對其裝配位置進行預定位，再利用螺絲鎖緊固定。

防呆柱和防呆孔的結構設計，可對載流導電板與電池支架(即上述的左、右電池固定架2)的安裝減少操作失誤，提高效率。

此外，為了提高該電池組的散熱性能，本實施例在上述左電池固定架1、右電池固定架2、第一中間並聯載流片4、第二中間並聯載流片5、串聯載流片6、正極輸出並聯載流片7、負極輸出並聯載流片8、左載流片絕緣固定板9和右載流片絕緣固定板10上均密布開設通風散熱孔B，並且這些部件上的通風散熱孔B相互連通，整體自作向右貫穿該圓柱形鋰電池組，我們稱之為貫通式散熱孔。

貫通式的通風散熱孔對每個單體電芯的散熱提供通風通道，加強熱管理的靈活性及可行性，保證電池組在適宜的環境中工作，增加電池包的循環壽命。

為了進一步提高該電池組的散熱能力，本實施例對上述通風散熱孔B的結構做了進一步優化：左電池固定架1、右電池固定架2、第一中間並聯載流片4、第二中間並聯載流片5、串聯載流片6、正極輸出並聯載流片7、負極輸出並聯載流片8、左載流片絕緣固定板9和右載流片絕緣固定板10上開設的通風散熱孔B沿直線貫穿該圓柱形鋰電池組，如此可減小散熱風流在流通通風散熱孔B時的阻力，提高散熱風流的流速。

而且，左、右電池固定架上的通風散熱孔與其上的電芯插孔錯位布置，如此可防止插入單體電芯後電芯端部將通風散熱孔堵住。進一步地，左、右電池固定架上的通風散熱孔布置在其上的相鄰三個電芯插孔之間的中心位置，如此既方便風流在左、右電池固定架上的對穿流通，又能保證左、右電池固定架的結構強度不至於因開設較多的電芯插孔和通風散熱孔而顯著降低。

本實施例中，第一中間並聯載流片4、第二中間並聯載流片5、串聯載流片6、正極輸出並聯載流片7、負極輸出並聯載流片8、左載流片絕緣固定板9和右載流片絕緣固定板10均垂直於單體電芯3布置。

顯然，在本實施例中，該電池組的電池固定架包括四個左電池固定架1和四個右電池固定架2。該電池組的串聯載流片包括三個第一中間並聯載流片4、三個第二中間並聯載流片5、一個正極輸出並聯載流片7和一個負極輸出並聯載流片8。該電池組的串聯載流片為一個——圖1中的串聯載流片6，載流片絕緣固定板有兩個，分別為左載流片絕緣固定板9和右載流片絕緣固定板10。在具體實施時，本領域技術人員可根據實際需求而靈活設計該電池組上電池固定架、串聯載流片、並聯載流片及載流片絕緣固定板的數量和結構，而若想提高電池組的散熱性能，最好在這些電池固定架、串聯載流片、並聯載流片及載流片絕緣固定板上開設貫穿電池組的通風散熱孔。載流片絕緣固定板的主要作用是封住電池組端部的載流片，保證導體材質的載流片不外露。

為了進一步提高單體電芯3與左電池固定架1和右電池固定架2間的連接穩定性，防止單體電芯3從左電池固定架1或右電池固定架2脫離，同時為了方便單體電芯3在左電池固定架1和右電池固定架2上的安裝，本實施在所述左電池固定架1和右電池固定架2上均制有眾多電芯插孔，而且這些多電芯插孔在左右電池固定架上縱橫均勻分布，單體電芯3的軸向兩端分別插設在左電池固定架1和右電池固定架2的電芯插孔中。左電池固定架1和右電池固定架2上電芯插孔處標有正負極標識。

而且，為了方便相鄰兩電池模塊的連接固定，本實施在各個電池模塊的左電池固定架1和右電池固定架2上制有相互配合的防呆柱和防呆孔。裝配時，先將防呆柱和防呆孔相互對準插接，實現左電池固定架1與右電池固定架2的預定位，再利用螺絲將二者鎖緊固定。

為了便於在該電池組側部安裝相應的電氣附件,本實施了在各個左電池固定架1和右電池固定架2的外緣邊上開設有與單體電芯3軸線相垂直的螺絲孔,以利用鎖入該螺絲孔中的螺絲來連接相應的電氣附件,比如圖1中的PCB板11，PCB板11上設置有相應的插接口F。而且相應的左電池固定架1和右電池固定架2上設置有暗扣通線槽C、走線卡扣D和溫度線放置槽E。該電池組的採集線、溫度線通過前述暗扣通線槽C、走線卡扣D和溫度線放置槽E引出至該電池組的一側，並與所述PCB板11上對應的插接口F對接。

再結合圖1-圖3所示，現將本實施例這種圓柱形鋰電池組的整體裝配過程簡單介紹如下：

a.首先將串聯載流片6配合最左端電池模塊上左電池固定架1上對應的防呆柱裝至該左電池支架1上，再利用結構膠加螺絲將二者鎖緊固定。將左載流片絕緣固定板9配合最左端電池模塊上左電池固定架1上對應的防呆柱裝至該左電池支架1上，再用螺絲將二者鎖緊固定。構成結構件一。

b.之後將第一中間並聯載流片4和第二中間並聯載流片5配合相應右電池固定架2上對應的防呆柱裝至該右電池固定架2上，並利用結構膠加螺絲將三者鎖緊固定。將相應左電池支架1配合相應右電池支架2(這裡的右電池支架2和左電池支架1分別屬於不同的兩個電池模塊)上對應的防呆柱裝至該右電池支架2，並利用結構膠加螺絲將二者鎖緊固定。構成結構件二。而且本實施例一共有三個該構成結構件二。

c.之後將正極輸出並聯載流片7和負極輸出並聯載流片8配合最右端電池模塊上右電池固定架2上對應的防呆柱裝至該右電池固定架2上，再利用結構膠加螺絲將三者鎖緊固定。將右載流片絕緣固定板10配合最右端電池模塊上右電池固定架2上對應的防呆柱裝至該右電池固定架2上，再用螺絲將二者鎖緊固定。構成結構件三。

d.之後在上述結構件一的左電池固定架1的電芯插孔中插裝第一組單體電芯3。將該第一組單體電芯3的裸露端(即還未插入電芯插孔中的裸露端)插入第一個結構件二的右電池固定架2的電芯插孔中，並將結構件一的左電池固定架1和第一個結構件二的右電池固定架2用螺絲鎖緊固定。在該第一個結構件二的左電池固定架1的電芯插孔中插裝第二組單體電芯3，將該第二組單體電芯3的裸露端插入第二個結構件二的右電池固定架2的電芯插孔中，並將第一個結構件二的左電池固定架1和第二個結構件二的右電池固定架2用螺絲鎖緊固定。在該第二個結構件二的左電池固定架1的電芯插孔中插裝第三組單體電芯3，將該第三組單體電芯3的裸露端插入第三個結構件二的右電池固定架2的電芯插孔中，並將第二個結構件二的左電池固定架1和第三個結構件二的右電池固定架2用螺絲鎖緊固定。在該第三個結構件二的左電池固定架1的電芯插孔中插裝第四組單體電芯3。

e.將第四組單體電芯3的裸露端插入結構件三的右電池固定架2的電芯插孔中,並將第三個結構件二的左電池固定架1和結構件三的右電池固定架2用螺絲鎖緊固定。再裝上PCB板11等附件。

本文所說的「左」、「右」，均以圖1為參照。

以上內容是結合具體的實施方式對本申請所作的進一步詳細說明，不能認定本申請的具體實施只局限於這些說明。對於本申請所屬技術領域的普通技術人員來說，在不脫離本申請構思的前提下，還可以做出若干簡單推演或替換。