一種鋰電芯支架及動力電池包的製作方法

2023-05-26 22:38:41 1

該發明涉及動力電池技術領域，具體地說是一種鋰電芯支架及新能源汽車用動力電池包。

背景技術：

目前我國流行鋰離子動力電，磷酸鐵鋰電池是指用磷酸鐵鋰作為正極材料的鋰離子電池。

鋰離子電池的正極材料有很多種，主要有鈷酸鋰、錳酸鋰、鎳酸鋰、三元材料、磷酸鐵鋰等。其中鈷酸鋰是目前絕大多數鋰離子電池使用的正極材料，而其它正極材料由於多種原因，目前在市場上還沒有大量生產。磷酸鐵鋰也是其中一種鋰離子電池。從材料的原理上講，磷酸鐵鋰也是一種嵌入/脫嵌過程，這一原理與鈷酸鋰、錳酸鋰完全相同。

磷酸鐵鋰電池，同樣有危險性。因為，磷酸鐵鋰也是一種鋰離子電池。從材料的原理上講，磷酸鐵鋰也是一種嵌入/脫嵌過程，這一原理與鈷酸鋰、錳酸鋰完全相同。而鋰的化學性質非常活潑，很容易燃燒，當電池充放電時，電池內部持續升溫，活化過程中所產生的氣體膨脹，電池內壓加大，壓力達到一定程度，如外殼有傷痕，即會破裂，引起漏液、起火甚至爆炸。

從技術理論來看，磷酸鐵鋰電池，對電池的起火爆炸等危險性有小部分的改善，但很不徹底，危險性一樣突出。

在各種情況下，電池外部短路、內部短路、過充都存在發生危險的可能。

如何化解上述的風險，是本領域的重要研究方向。

技術實現要素：

為了解決現有技術的不足，本發明提供一種鋰電芯支架及動力電池包，首先用於解決電池包中各個電芯之間散熱不充分的問題，提供一種在一定溫度範圍內的可控的近似恆溫的動力電池組，同時解決電芯發熱膨脹帶來的電機錯位的問題，同時，便於組裝和生產，模塊化，結構緊湊化，降低使用和製造成本。

本發明解決其技術問題所採用的技術方案為：

一種鋰電芯支架，其特徵在於，包括陶瓷殼和金屬弧形體，所述陶瓷殼(2)為上、下通透的的陶瓷燒結件，所述陶瓷殼的四個側面分別設置有向內凹陷的定位突卡，且所述陶瓷殼的厚度不大於0.5毫米，多個陶瓷殼形成整列並固定在殼體內；

所述金屬弧形體為「(」形的金屬薄板衝壓件，在陶瓷殼的四個轉角處分別設置一個金屬弧形體，所述金屬弧形體的兩邊沿卡設在所述定位突卡上，在四個金屬弧形體中央位置卡入一個電芯，所述電芯外表面與四個金屬弧形板為線接觸。

在陶瓷殼上、下兩端分別固定一個上接頭和下接頭，其中上、下接頭結構相同且對稱設置，所述上接頭是由環形部、卡爪和鎖扣組成的工程塑料注塑件，所述環形部為方形，在每一個邊上設置有一個卡爪，每一個卡爪分別與陶瓷殼上所述定位突卡進行配合。

動力電池包包括殼體、陶瓷殼、金屬弧形板、上接頭、下接頭、上罩和下罩；所述殼體是由四個側板組成的鋁合金外殼；

所述陶瓷殼為上、下通透的的陶瓷燒結件，所述陶瓷殼的四個側面分別設置有向內凹陷的定位突卡，且所述陶瓷殼的厚度不大於0.5毫米；

所述金屬弧形體為「(」形的金屬薄板衝壓件，在陶瓷殼的四個轉角處分別設置一個金屬弧形體，所述金屬弧形體的兩邊沿卡設在上述的定位突卡上，在四個金屬弧形體中央位置卡入一個圓柱鋰電池電芯，所述電芯外表面與四個金屬弧形板為線接觸；

在陶瓷殼上、下兩端分別固定一個上接頭和下接頭，其中上、下接頭結構相同且對稱設置，所述上接頭是由環形部、卡爪和鎖扣組成的工程塑料注塑件，所述環形部為方形，在每一個邊上設置有一個卡爪，每一個卡爪分別與陶瓷殼上所述定位突卡進行配合，

在上接頭上固定一個上罩，在下接頭下固定一個下罩，其中，上、下罩結構相同且對稱設置，所述上罩為四稜錐狀的工程塑料注塑殼，所述上罩一端埠與上接頭的環形部配合併在兩者之間使用卡扣進行配合，所述上罩另一端具有冷風進口，所述下罩一端埠與下接頭的環形部配合併在兩者之間使用卡扣進行配合，所述下罩另一端具熱風出口；

相鄰的電芯之間電連接為銅鎳複合片，且在上、下接頭上分別設置有容銅鎳複合片引出的缺口；

多個電芯通過並聯的方式形成一列，在每一個冷風進口通過一個彎管連接到第一支管上，多個第一支管匯集後連接到進風管上處，每一個熱風出口通過一個彎管連接到第二支管中，多個第二支管連接到出風管處；

所述進風管和出風管通過風調節結構風源進行連接。

進一步地，所述電芯為圓柱形鋰電電芯。

進一步地，風調節結構包括風機和風閘。

進一步地，所述第一支管和第二支管為軟管。

本發明的有益效果是：

核心部件包括一個陶瓷殼，可以大量採購，為無機耐溫零部件，無論是耐高溫、強度，絕緣性都能滿足鋰電池的使用要求，且在發生猛烈撞擊的情況下，可以發生破碎，吸收撞擊能量，提高新能源車的安全性能。

陶瓷殼的熱膨脹係數很小，可以忽略不計，保證兩個相鄰之間的電芯的相對距離是恆定的。

剩餘的部件採用注塑件和鈑金件，比較利於成型和廉價，降低成本。

剛性的陶瓷殼與柔性的金屬弧形板進行配合，便於組裝，都是插接結構，提高裝配效率，便於後期的維護。

冷風根據設計路線在每一個電芯單體的周圍通過，且內腔中的空間較大，可以使得風速減緩，最大程度的與電芯發熱進行熱交換產生較好的換熱效果。

弧形金屬板與電芯接觸，產生的熱量也被帶走，形成更好的熱交換效果，同時有利於對電芯形成保護。

整個構成質輕，降低了動力電池的總重量。

附圖說明

圖1為圓柱形鋰電芯的立體圖。

圖2為一個電芯單元的立體圖。

圖3為電池包的立體圖。

圖4為圖3的全剖視圖。

圖5為多個電池包組合形成的電池組的立體圖。

圖6為一排電芯單元的立體圖。

圖7為上接頭的立體圖。

圖8為陶瓷殼的斷面圖。

圖9為省略上罩後的立體圖。

圖10為省略上接頭後的立體圖。

圖11為省略電芯後的立體圖。

圖12為電芯與金屬弧形板的配合示意圖。

圖13為本電池散熱系統在車中的布置示意圖。

圖14為電池散熱系統的進、出風風路示意圖。

圖中：1殼體、2陶瓷殼、21定位突卡、3金屬弧形板、4上接頭、4』下接頭、41環形部、42卡爪、43鎖扣、5上罩、5』下罩、51冷風進口、511第一支管，52熱風出口、521第二支管，6電芯、61銅鎳複合片、71第一總管道、72第二總管道、7風機、711第一進氣口、712第二進氣口、721第一出風口、722第二出風口、723第三出風口，73閘閥。

具體實施方式

如圖1至圖14所示，針對現有缺陷，本發明的保護主體如下：

開發的是一種動力電池包，現有的圓柱形鋰電池在安裝過程中存在兩種情況，一種是直接進行捆綁，形成動力電池包，這種動力電池包存在的問題是，容易積累熱量，造成溫度升高，自膨脹、漏液，針對這一問題，現有的解決方案是，增加一個框架，現有的框架具有熱證冷縮現象依然明顯，例如中國專利CN204927374U中公布的方案，其中支架採用注塑件，具有絕緣和定位的作用，可以方便圓柱形鋰電池的裝配，但是，上述的結構沒有形成風道，對於電芯的散熱沒有根本上解決。

要解決的技術難題在於：

難題一：在動力電池工作期間，單個電芯存在熱脹效應，多個電芯的膨脹量累計在電池包上，就會形成巨大的形變，造成電極位置的錯位，目前的解決措施是，電極設計成U型，用於彌補電芯之間的位移和形變。

難題二：單個電芯發生短路的情況下，由於電芯之間是靠近的，會引發相鄰之間的電芯的爆燃。

難題三：冷卻風處於無序的流動狀態，不能針對電芯進行有效的降溫，不能在電芯附近形成均勻的風場，各個電芯處的溫度不均勻，造成電芯內阻不一致，耗電增加。

基於上述的描述，本發明提供的動力電池散熱系統，包括動力電池包和風調節結構。

動力電池包包括殼體1、陶瓷殼2、金屬弧形板3、上接頭4、下接頭4』、上罩5、下罩5』。

殼體1採用鋁合金材料，通過截取的方式製作，長度與電芯的長度吻合，殼體是由四個側板組成的長方體，內部用於安裝電芯。

陶瓷殼2為上、下通透的結構，為陶瓷燒結件，包括四個側面，四個側面的中部設置有向內凹陷的定位突卡21。陶瓷殼的厚度不大於0.5毫米，質輕。具有很好的散熱性能。

在發生劇烈碰撞過程中，陶瓷殼粉碎性開裂可以吸收大量的碰撞能量。

金屬弧形體3，採用金屬薄板衝壓件，並經過熱處理，具有一定彈性，金屬弧形體為「(」形，具有一定的彈性，在陶瓷殼的四個轉角處分別設置一個金屬弧形體3，金屬弧形體的兩邊沿卡設在上述的定位突卡21上，圖11，形成定位，有一個預變形，然後在四個金屬弧形體中央位置卡入一個圓柱鋰電池電芯6，參考圖10，電芯6與四個金屬弧形板形成線接觸，參考圖12。

在陶瓷殼2的上端固定一個上接頭4，下端固定一個下接頭4』，其中上、下接頭結構相同。以上接頭為例進行說明，上接頭4，優選工程塑料注塑件，包括環形部41、卡爪42和鎖扣43，環形部41為方形的結構，在每一個邊上設置有一個卡爪42，卡爪一定的彈性，每一個卡爪分別與陶瓷殼上的凹陷的定位突卡進行配合，即，卡在四個凹槽內，並使得環形部41與上述的陶瓷殼的對齊。

在上接頭4上固定一個上罩5，在下接頭上固定一個下罩5』，其中，上、下罩結構相同，以上罩為例進行說明，上罩，優選工程塑料注塑件，整體為四稜錐狀的殼體狀，其中，一端的四稜柱埠與上接頭的環形部配合，並在兩者之間使用卡扣進行配合，在四稜柱的另一端具有一個收口，並設計成成圓形收口，上罩上的收口為冷風進口51。

下罩固定在下接頭上，對上罩對稱設置，且下罩上的接口為圓形收口，為熱風出口52。

在上述的電芯的兩端分別焊接一銅鎳複合片61，用於相鄰之間的電芯6的連接，其中，銅鎳複合片為直的金屬片，並在銅鎳複合片的兩端為焊接點，通過焊接的方式與上述的電芯的兩個電極進行電連接。

在上、下接頭上分別設置有容銅鎳複合片引出的缺口。

上述的多個電芯通過並聯的方式形成一列，形成一個單元，參考圖6，然後單元之間串聯，形成一個動力電池包。

多個動力電池包之間並聯連接形成汽車動力源。

一個動力電池包使用一個殼體進行集成，參考圖3.

在每一個冷風進口51通過一個彎管連接到第一支管上511，多個第一支管匯集後連接到進風管上處，每一個熱風出口52通過一個彎管連接到第二支管521中，多個第二支管連接到出風管處。

一種電動轎車，其中設置有動力電池，動力電池包括多個動力電池包，動力電池包設置在車架的不同位置，多個動力電池包的進風管匯集到第一總管道71，出風管匯集到第二總管道72，其中第一總管連接一個風機7，風機外側連接一個兩個進氣口，為便於區分，標記為第一進氣口711和第二進氣口712，其中第一進氣口711位於轎車駕駛室內，且在駕駛室內的第一進氣口處設置有過濾棉，第二進氣口712位於後側行李箱內，在第二進氣口處設置有過濾裝置。該過濾裝置為三級過濾，包括過濾棉、過濾布和過濾器，實現精準過濾。

第二總管道72連接三個出風口，為便於區分，標記為第一出風口721、第二出風口722和第三出風口723，其中第一出風口位於轎車駕駛室內，第二出風口位於行李箱內，並與上述的第二進風口合併，對過濾裝置進行反吹，具有一定的清理效果，第三出風口723位於車架底盤處，用於排空。

在上述的三個出風口和一個進風口處設置有閘閥73，閘閥為電磁閥，通過電磁閥的切換，用於控制風道的切換。

在冬季，室外低於0攝氏度時，起始階段需要對電池電芯進行加熱，循環風在第一進風口進風，採集的是駕駛室內的空氣，對電池降溫後的熱風返回到駕駛室內，形成內循環模式。

在夏季，室外溫度高於30攝氏度時，循環風在第一進風口進風，採集的是駕駛室內的空氣，對電池降溫後的熱風通過第三出風口外排，形成內吸外排模式。

在春季或者秋季等季節，室外溫度在十多攝氏度，自第二進風口進風，然後自第三出風口外排，形成循環模式。

通過上述多組模式的選擇，可以實現全天候的工作。

進一步地，配合電池管理系統，可以在上述的下罩內側集成一個溫度採集元件，腔內的溫度，通過控制風機的鼓風量控制電池包的溫度。

通過上述的實施，可以將電芯的溫度控制在20至40度之間的合理範圍內，且各個電芯的溫度場均勻一致。

上面所述的實施例僅僅是對本發明的優選實施方式進行描述，並非對本發明的範圍進行限定，在不脫離本發明設計精神的前提下，本領域相關技術人員對本發明的各種變形和改進，均應擴如本發明權利要求書所確定的保護範圍內。