一種車用鋰離子電池組及車用鋰離子電池模塊的製作方法
2023-05-07 13:24:31 1
本實用新型涉及一種車用鋰離子電池組及車用鋰離子電池模塊，屬於鋰離子電池技術領域。
背景技術：
近年來，我國的電動車產業發展迅猛，年產銷量已突破五十萬輛。隨著電動汽車的快速發展，人們對電動車使用過程中的續航裡程、使用壽命及其安全性能也越來越高，即要求電動車使用的鋰離子電池模塊具有更高的能量密度、散熱性能及其安全性能。
現有技術中的鋰離子電池模塊一般包括電池箱體以及設置在電池箱體中的電池組。電池組包括兩個以上的鋰離子電池以及用來連接鋰離子電池的連接機構，這些鋰離子電池通過連接機構進行串並聯成組形成電池組。現有技術中的鋰離子電池，特別是方形鋰離子電池的極柱通常設置在上端，這樣在成組時，連接機構如連接帶通常設置在電池的上方，並通過匯流排形成電源模塊的總正極和總負極。車用鋰離子模塊的使用工況非常複雜，在使用過程中會遇到劇烈的振動或者其他外力，這時候，由於與極柱相連的連接帶相對較為脆弱，容易發生斷裂，或者導致連接帶與極柱之間的連接發生開裂，導致單個或者多個鋰離子電池的連接關係可靠性下降或者直接斷開，造成整個電池模塊的輸出電壓或者容量損失，影響電動車的使用。
技術實現要素：
本實用新型提供一種車用鋰離子電池組，以解決現有技術中電池組中的極柱與連接帶之間的連接可靠性低的問題。
本實用新型還提供一種使用上述電池組的車用鋰離子電池模塊。
本實用新型解決上述技術問題所採用的技術方案如下：
一種車用鋰離子電池組，包括兩個以上的方形鋰離子電池以及用來連接鋰離子電池的連接機構，所述車用鋰離子電池組包括用來對鋰離子電池進行固定的電池架，所述鋰離子電池沿厚度/寬度方向依次固定設置在電池架上；所述連接機構包括用來與對應的鋰離子電池的極柱導電連接的連接帶；所述電池架包括與連接帶固定連接的連接帶固定臂；所述連接帶固定臂沿所述鋰離子電池厚度/寬度方向延伸並設置在所述鋰離子電池沿寬度/厚度方向的一側，所述連接帶固定臂的高度小於鋰離子電池的高度。
所述連接帶包括與極柱固定連接的極柱連接部、與連接帶固定臂固定連接的固定連接部以及用來連接極柱連接部和固定連接部的中間連接部。
所述電池架包括前、後端板和左、右側板，鋰離子電池設置在前、後端板和左、右側板圍成的空間內，左、右側板構成了所述連接帶固定臂；所述極柱設置在鋰離子電池上端面上，左、右側板的上端面的位置低於鋰離子電池上端面的位置。
所述連接帶上導電連接有匯流排，所述匯流排包括匯流部以及與匯流部導電連接的兩個以上的支流部，所述支流部一端與匯流部導電連接，另一端與對應的連接帶的固定連接部導電連接。
一種車用鋰離子電池模塊，包括電池箱以及設置在電池箱中的電池組，所述電池組包括兩個以上的方形鋰離子電池以及用來連接鋰離子電池的連接機構，其特徵在於，所述車用鋰離子電池組包括用來對鋰離子電池進行固定的電池架，所述鋰離子電池沿厚度/寬度方向依次固定設置在電池架上；所述連接機構包括用來與對應的鋰離子電池的極柱導電連接的連接帶；所述電池架包括與連接帶固定連接的連接帶固定臂；所述連接帶固定臂沿所述鋰離子電池厚度/寬度方向延伸並設置在所述鋰離子電池沿寬度/厚度方向的一側，所述連接帶固定臂的高度小於鋰離子電池的高度。
所述連接帶包括與極柱固定連接的極柱連接部、與連接帶固定臂固定連接的固定連接部以及用來連接極柱連接部和固定連接部的中間連接部。
所述電池架包括前、後端板和左、右側板，鋰離子電池設置在前、後端板和左、右側板圍成的空間內，左、右側板構成了所述連接帶固定臂；所述極柱設置在鋰離子電池上端面上，左、右側板的上端面的位置低於鋰離子電池上端面的位置。
所述連接帶上導電連接有匯流排，所述匯流排包括匯流部以及與匯流部導電連接的兩個以上的支流部，所述支流部一端與匯流部導電連接，另一端與對應的連接帶的固定連接部導電連接。
所述電池箱包括高壓箱以及與高壓箱並列設置的低壓箱，高壓箱內設置有所述電池組，低壓箱內設置有電池管理系統。
所述高壓箱包括高壓箱內壁和高壓箱外壁，高壓箱外壁和高壓箱內壁之間設置有間隙，所述間隙形成了能夠容納冷卻液的冷卻液通道。
所述低壓箱內還設置有控制系統。所述電池管理系統設置在高壓箱和低壓箱的隔板上。所述控制系統設置在低壓箱的側壁上。
所述電池架還包括底板，所述前後端板及左右側板均固定設置在底板上。所述底板上設置有供鋰離子電池底部插入的插槽。所述插槽的槽壁與鋰離子電池底部過渡插配連接。所述鋰離子電池沿厚度方向依次間隔設置。
本實用新型的車用鋰離子電池組及車用鋰離子電池模塊通過設置用來對鋰離子電池進行固定的電池架以及與電池極柱連接的連接帶，電池架上設置連接帶固定臂，可以將連接帶固定設置在連接帶固定臂上。同時，電池架對鋰離子電池進行固定，即形成了電池及連接帶均與電池架相對固定連接，在受到比較嚴重的震動或者外力作用時，也能保證連接帶與極柱之間良好的連接關係，大大提高了連接可靠性。
另外，本實用新型的車用鋰離子電池模塊通過在雙層箱體層間設置循環水系統，可以快速冷卻模塊充放電過程中產生的熱量，冷卻速度快，降低了鋰離子電池模塊的表面溫度。
另外，本實用新型的電池模塊中將電池管理系統和/或控制系統設置在低壓箱體中，其容積可以根據管理系統大小靈活設計，有效利用空間，提高了電池模塊的能量密度。且分體設置的方式有利避免模塊和管理系統產生的熱量對對方的幹擾，提高模塊或管理系統過程的有效管控。
附圖說明
圖1為本實用新型的車用鋰離子電池模塊的實施例的結構示意圖。
具體實施方式
為了使本實用新型所解決的技術問題、技術方案及有益效果更容易理解，下面結合附圖及具體實施方式對本實用新型進行詳細說明。
如圖1所示，本實用新型的車用鋰離子電池模塊包括電池箱2以及設置在電池箱中的車用鋰離子電池組1。
車用鋰離子電池組包括一定數量的鋰離子單體電池，該鋰離子單體電池為方形鋰離子電池11，可以為塑殼或者金屬殼鋰離子電池。每個電池組中設置的鋰離子電池的數量可以根據需要進行設置，考慮電池容量及電池管理系統（BMS）的配套因素，一般每個電池組內的鋰離子電池數量為2-10個，本實施例中以使用四塊鋰離子單體電池的電池組為例進行說明。
電池組包括用來固定和容納鋰離子電池的電池架14，電池架包括底板，底板上固定設置有前、後端板和左、右側板。前端板和後端板前後設置，左右側板左右設置，並與底板共同圍成了一個用來容納鋰離子電池的空間。底板上設置有四個用來供鋰離子電池插入的矩形插槽，插槽的大小與鋰離子電池的底部相匹配。底板採用彈性材料如橡膠製成，並與鋰離子電池底部過渡插配，使鋰離子電池能夠牢固地固定在底板上。每個矩形插槽的長度方向與前後端板的延伸方向平行。這樣，鋰離子電池的寬度延伸方向與前後端板的延伸方向平行，並與左右側板的延伸方向垂直。四個鋰離子電池插入插槽中後，能夠沿期厚度方向依次間隔布置，鋰離子電池之間的間隔形成了空氣冷卻通道。
前後端板的高度與鋰離子電池的高度大體一致，使得鋰離子電池插入底板上的插槽中後，前後端板能夠對鋰離子電池形成一定的防護作用。左右側板的高度低於鋰離子電池的高度，保證左右側板的上端面的位置低於鋰離子電池的設置有極柱的上端面的位置。本實施例中，左右側板的高度大體上為鋰離子電池高度的二分之一。前後端板的長度與鋰離子電池的寬度大體相等，這樣使得左右側板的內表面與鋰離子電池的左右兩個側面之間的縫隙很小。左右側板的兩端設置有直角螺釘槽，該直角螺釘槽在左右側板的長度方向的端面上及遠離前後端板的表面上都設置有槽口，並在靠近前後端板的槽底壁上設置有沿左右方向延伸的螺訂孔。對應的端板的端面上設置有螺紋孔，前後端板與左右側板的對應端部通過螺釘連接配合。
電池組內的鋰離子單體電池之間通過連接機構對其極柱進行連接，以實現串並聯的需求，達到設定的容量並輸出設定的電壓。連接機構包括連接帶、匯流排。本實施例中，連接帶由銅帶一體折彎加工而成。具體的，連接帶整體呈「S」形，上端為水平延伸的極柱連接部，下端為水平延伸的固定連接部，中間為豎直延伸的中間連接部。極柱連接部上設置有圓形極柱孔，與鋰離子電池的極柱外形相匹配。連接時，極柱連接部上的圓形極柱孔套設在極柱上之後用極柱螺母固定，極柱螺母與極柱螺紋配合。或者極柱連接部上的圓形極柱孔套設在極柱上之後與極柱焊接固定。
左右側板的上表面固定設置有連接帶壓板，連接帶壓板上設置有螺栓孔，左右側板的上表面也設置有與連接帶壓板上的螺栓孔對應的螺紋孔。連接帶的固定連接部上也設置有相應的螺栓孔。連接帶的固定連接部壓設在壓板的上表面，匯流排的導電銅片壓設在壓板與側板上表面之間。左右側板構成了用來固定連接帶的連接帶固定臂141。
本實施例的電池組中的四塊鋰離子電池，靠前設置的兩塊電池設置為左側為正極，靠後設置的兩塊電池設置為左側為負極，這樣使電池組的總正極和總負極均位於左側。
左側設置的匯流排包括匯流部與支流部，匯流部為銅帶，一端作為電池組的總正極與電池管理系統或者控制系統或者其他電路元件導電連接，另一端與支流部焊接連接。支流部包括中部與匯流部焊接連接的主體部分以及設置在主體部分兩端的連接部分。連接部分包括寬度較小的支流銅帶以及設置在支流銅帶端部的導電銅片。導電銅片的寬度與連接帶的寬度相同。導電銅片設置有螺栓孔。固定螺栓從固定連接部、壓板、導電銅片上的螺栓孔穿過並與側板上的螺紋孔螺紋配合，將上述結構固定。左側的壓板為絕緣材料製成，連接帶的固定連接部與匯流排的導電銅片之間的導電依靠固定螺栓來進行。在其他實施例中，也可以將導電銅片壓設在壓板的上表面上與連接帶的固定連接部直接接觸導電。左側的匯流排中，與電池正極極柱相連的為總正匯流排13，與電池負極極柱相連的為總負匯流排34。
右側的極柱採用連接帶及壓板固定在右側板的上表面上。右側的壓板採用金屬材料製成，如為銅板。這樣可以省掉匯流排。或者也可以採用絕緣材料製成壓板，匯流排採用與左側相同的匯流排，只需將兩個匯流排的匯流部導電連接即可。
匯流排的匯流部由第一銅板和第二銅板固定連接而成，第一、二銅板之間設置有熔斷熔斷體。該熔斷體由熔點較低的材料如錫、鉛、鋁等製成。
每一側的連接帶的中間連接部與電池外殼外壁貼合，當鋰離子電池採用金屬殼電池時，連接帶與電池外殼外壁之間墊設絕緣片。
每一塊鋰離子電池的上方，在極柱分別與對應的連接帶連接後，極柱上方固定設置保護板12。保護板12為絕緣材料製成，保護板12下方設置有與極柱外形匹配的極柱槽。保護板12壓設在鋰離子電池的上端面上，對極柱與連接帶進行保護。保護板12上設置有散熱孔121，以使鋰離子電池上端蓋板及極柱散發的熱量能夠從散熱孔121散出。散熱孔沿左右方向均勻間隔分布，且在保護板上前後設置有兩排。
本實施例的電池組經過上述裝配連接，形成了四塊電池兩兩並聯後再進行串聯的成組方式。
電池箱包括左右並列設置的高壓箱22和低壓箱23，高壓箱22用來容納安裝上述電池組，低壓箱23設置在高壓箱22的左側，其中安裝設置有電池管理系統和控制系統。
高壓箱包括高壓箱底以及焊接在高壓箱底上的高壓箱壁，高壓箱壁包括高壓箱內壁和高壓箱外壁，高壓箱內外壁之間設置有間隙，該間隙環繞高壓箱內的電池組的四周形成了冷卻液循環通道。高壓箱的內外壁的上端設置有將高壓箱內外壁連接的四方環形密封蓋板。該密封蓋板與高壓箱內外壁及高壓箱底共同圍成了密閉的循環通道，高壓箱的密封蓋板上設置有進水口和出水口，進水口和出水口分設在高壓箱的密封蓋板的對角上。進水口外連接有進水管211，出水口外連接有出水管212。本實施例中循環液為水。進水管上連接有水泵，出水管上連接有散熱器，進水管與水泵的出口相連，散熱器的出水口與水泵的進水口相連。分別實現高壓箱的循環通道內的冷卻水的循環，並將高壓箱內的溫度較高的水與散熱器進行熱交換。
電池組的電池架端板上設置有螺栓孔，高壓箱內壁上設置有對應的螺紋孔。採用螺栓將電池架固定設置在高壓箱內壁上。螺紋孔與高壓箱內壁之間設置有密封結構。
低壓箱23的右側壁與高壓箱22外壁的左側壁焊接固定，並形成了高壓箱22和低壓箱23之間的隔板，高壓箱22和低壓箱23的隔板上設置有兩個連接通孔，連接通孔內壁設置有密封結構。總正匯流排13和總負匯流排34的匯流部分別從兩個連接通孔中穿過，並與電池管理系統或者控制系統相連。電池管理系統為一個電池管理系統盒31，固定設置在低壓箱23右側壁的內表面。電池管理系統盒31表面上設置有散熱孔。控制系統32固定設置在低壓箱前側壁的內表面上。低壓箱的側壁上均勻設置有圓形散熱通孔24。
使用時，將連接帶與對應的極柱焊接相連，然後在電池上方固定上保護板。將電池架的底板、前後端板、左右側板固定連接。然後將鋰離子電池固定在高壓箱電池架底板上的插槽中，然後將連接帶的固定連接部與左右側板及匯流排通過壓板及螺栓固定。通過導線將電池管理系統及控制系統與電池組連接。連接好出水管、進水管及水泵、散熱器，打開水泵，進行循環冷卻。
上述實施例中的電池管理系統盒及控制系統中的一個或者兩個可以設置在高壓箱的外壁上或者內壁上，以節約低壓箱的空間，或者直接省去低壓箱。也可以採用現有技術中的普通單層電池箱，不設置循環水的循環通道，此時可以在單層電池箱的箱壁上設置散熱孔，利用空氣進行散熱。
上述實施例中的進水口和出水口可以分別設置在高壓箱的相對的兩個側壁上，也可以設置在相鄰的側壁上，也可以設置在同一個側壁上。
上述實施例中的電池組中的電池的數量可以大於四個，串並聯關係可以更複雜，此時可以根據需要調整電池的方向，或者在電池組的右側也設置與左側匯流排結構相同的匯流排。
上述實施例中的電池架的前後端板可以不設置，僅靠底板和側板對電池進行固定。當然也可以不設置底板，依靠端板對電池的擠壓將電池固定，此時相鄰的電池之間夾設散熱板，以提高電池之間的散熱效率。
上述實施例中的側板上表面可以設置與連接帶的固定連接部位置對應的連接凹槽，連接凹槽為槽口朝上且沿左右方向延伸的通槽。這樣，通過在導電銅片上設置螺紋孔，固定螺栓可以將壓板上下表面的固定連接部和導電銅片緊固在壓板上。壓板通過其他的螺釘固定在側板上。
上述實施例中的保護板可以不設置。
上述實施例中的鋰離子電池可以使其寬度方向沿前後設置，以減少電池組在左右方向上的寬度。
上述實施例中的連接帶的極柱連接部和固定連接部上可以部分或者全部不設置螺栓孔，而是焊接在相應的極柱或者螺栓上。
本實用新型的車用鋰離子電池組的實施例與上述的車用鋰離子電池組的結構完全相同。上述的車用鋰離子電池組的各種替代形式也同樣適合於本實用新型的車用鋰離子電池組。