一种软包锂离子电池模块的制作方法
【专利摘要】一种软包锂离子电池模块，所述模块包括软包锂离子电池层单元、底板、上盖、紧固螺栓；所述软包锂离子电池层单元包括软包锂离子电池、框架、散热板，所述框架为矩形结构，由至少一个矩形腔体构成，所述散热板设有形状及数量与所述框架的矩形腔体数量相同的凹坑，所述散热板卡装在所述框架中，散热板上的凹坑陷入框架的矩形腔体中；所述软包锂离子电池设置在所述散热板的凹坑中，整体构成软包锂离子电池层单元；至少两个软包锂离子电池层单元沿厚度方向叠置通过紧固螺栓固定安装在底板与上盖之间，构成软包锂离子电池模块。电池的一个表面与散热板实现贴合，便于散热，框架上布置的散热风道增强了散热功能。软包锂离子电池层单元可以横向进行扩展，也可以多层叠压实现厚度方向的扩展，便于布置，具有结构紧凑，能量密度高的特点。
【专利说明】一种软包锂离子电池模块
【技术领域】
[0001]本实用新型涉及一种锂离子电池模块，特别是涉及一种软包锂离子电池模块。属于软包锂离子电池制备【技术领域】。
【背景技术】
[0002]发展节能和新能源汽车已经成为我国能源战略的必然选择，根据发展规划，当前重点是推进纯电动汽车和插电式混合动力汽车产业化。在我国，电动汽车以前常采用铅酸电池作为动力电池，但是铅酸电池能量密度低，而且会对环境带来负面影响，使得厂家必须另找替代；混合动力汽车以前常采用镍氢电池，但是镍氢电池能量密度偏低，不适合用于插电式混合动力汽车。锂离子电池因为具有更高的能量密度，成为纯电动汽车和插电式混合动力汽车的首选。
[0003]我国锂离子电池的生产历史并不短，但是生产专门用于电动汽车的软包锂离子电池则是近几年才刚开始。软包锂离子电池用于电动汽车首先需要利用模块化技术，将电池单体组合成合适的模块，然后组装成为电池箱。但锂离子动力电池在电动汽车上模块化应用时，由于连接方式、一致性、环境温度差异等因素的影响，动力电池模块比能量、比功率等参数达不到单体水平，使用寿命较单体电池缩短，导致系统使用和维护成本增加，成为制约电动车辆产业化发展和应用的瓶颈问题之一。提高电动汽车动力电源的寿命除提高电池自身技术外，还要从电池集成方法或者模块结构展开研究，使电池模块寿命接近或达到电池单体水平，这已经成为电动汽车行业的共识。
[0004]软包锂离子电池构成模块时，单体在空间状态主要有以下几种方案。方案一是直立，该方案便于组装和连接，通用汽车VOLT即采用了此方案；方案二是侧立，该方案在高度上占用空间小，便于布置，韩国LG公司采用了此方案；方案三是平躺，该方案对电池的使用寿命最有利，但是安装与连接则会带来不便。
[0005]例如，专利文献CN103168387A公开了一种用于电动车辆的电池组。
[0006]该电池组的电池单体采用直立方案，单体之间有电绝缘和导热的中间板体。中间板体一直延伸至电池底部，在底部设置有导热层，导热层下面有散热层。电池产生的热量通过中间板体与导热层，在散热层将热量散发。该方案的散热结构相对来说比较复杂，制造成本较高，同时直立的方案对电池的使用寿命不利。
[0007]市场急需一种结构简单、易于扩展、方便维修又能够对电池起到很好保护作用的模块方案。
实用新型内容
[0008]本实用新型的目的就是要克服现有软包锂离子电池模块的不足，提供一种结构简单、易于扩展、方便维修的软包锂离子电池模块，提高电动汽车锂离子电池组的使用寿命。
[0009]本实用新型一种软包锂离子电池模块，所述模块包括软包锂离子电池层单元、底板、上盖、紧固螺栓；所述软包锂离子电池层单元包括软包锂离子电池、框架、散热板，所述框架为矩形结构，由至少一个矩形腔体构成，所述散热板设有形状及数量与所述框架的矩形腔体数量相同的凹坑，所述散热板卡装在所述框架中，散热板上的凹坑陷入框架的矩形腔体中；所述软包锂离子电池设置在所述散热板的凹坑中，整体构成软包锂离子电池层单元；所述散热板上设置有螺栓孔；
[0010]至少两个软包锂离子电池层单元沿厚度方向叠置通过紧固螺栓穿装在设于框架、底板、上盖上的螺栓孔中，将多个软包锂离子电池层单元固定安装在底板与上盖之间，构成软包锂离子电池模块。
[0011]本实用新型一种软包锂离子电池模块，所述框架的一条边上设有第一凹槽，所述软包锂离子电池卡装在所述散热板的凹坑中，电池极耳穿过所述第一凹槽延伸至软包锂离子电池模块外。
[0012]本实用新型一种软包锂离子电池模块，所述框架中设有第一凹槽的边定义为第一边，垂直于第一边的边定义为第二边；所述第一边与第二边交汇处的第一边上表面设有第二凹槽，所述第二凹槽的轴线与第二边的轴线平行；所述第二凹槽的深度大于等于第一边高度的1/2。
[0013]本实用新型一种软包锂离子电池模块，在所述框架第一边上设有轴线平行于所述框架平面的凸台，所述凸台设置于每一个矩形腔体的中心线上；该凸台一方面构成电池正负极之间的隔离墩，防止电池短路事故的发生；另一方面也可以在凸台上钻孔，为框架提供紧固条件。
[0014]本实用新型一种软包锂离子电池模块，所述框架由绝缘材料铸造制成，所述绝缘材料选自工程塑料、玻璃钢、PVC复合材料、尼龙中的一种。
[0015]本实用新型一种软包锂离子电池模块，所述散热板上设置的凹坑两侧端部各延设有一卡槽，所述卡槽的横截面呈矩形、底面开口，所述卡槽的开口方向与所述凹坑的开口方向相反，当所述散热板卡装在所述框架中时，框架的第二边卡装在所述卡槽中，所述散热板上设置的卡槽与所述框架的第二边之间形成的空隙以及设置于所述框架第一边上的第二凹槽共同构成所述软包锂离子电池模块的散热通道。
[0016]本实用新型一种软包锂离子电池模块，所述散热板由金属材料冲压成型，所述金属材料选自铝、铜、锌的一种金属或其合金。
[0017]本实用新型一种软包锂离子电池模块，所述软包锂离子电池之间通过导电片连接，实现并联或串联。
[0018]本实用新型一种软包锂离子电池模块，所述导电片分为端部导电片与中间导电片。
[0019]本实用新型一种软包锂离子电池模块，所述中间导电片为长方形，其上设有沿长方形轴线对称分布的两组长条形通槽，该长条形通槽用作极耳过孔。
[0020]本实用新型一种软包锂离子电池模块，所述端部导电片为长方形，沿长方形的长度方向均布有长条形通槽；所述端部导电片上设置的长条形通槽的数量与所述中间导电片上设置的长条形通槽数量相同；或
[0021]所述端部导电片上设置的长条形通槽的数量是所述中间导电片上设置的长条形通槽数量的1/2。
[0022]本实用新型一种软包锂离子电池模块，端部导电片或中间导电片上的每一个长条形通槽的宽度比所述软包锂离子电池极耳厚度大0.5-lmm，相邻长条形通槽之间的间距为所述软包锂离子电池的厚度与散热片厚度之和。
[0023]本实用新型一种软包锂离子电池模块，根据同层中软包锂离子电池层单元的数量，在所述框架与底板上对应布置相同数量的凸台，隔离电池的两极，防止电池短路，同时可以在凸台上钻孔为软包锂离子电池模块的压紧提供紧固件安装位置。
[0024]本实用新型采用上述结构，与现有技术相比，具有以下优点:
[0025]1、采用散热板上的凹坑与框架的矩形腔体构成的空间容置软包电池，散热板与框架对软包锂离子电池起到良好的保护作用，有利于延长电池的使用寿命，软包电池在模块中处于平躺的状态，进一步提升软包电池的使用寿命。
[0026]2、采用散热板上的凹坑与框架的矩形腔体构成的空间容置软包电池，散热板与电池的表面实现贴合，便于散热；软包锂离子电池层单元之间紧密结合，使电池模块结构紧凑，比能量高，可达到120Wh/Kg。
[0027]3、采用散热板结合框架的结构，使电池模块的可扩展性好，可以根据使用的要求对层单元电池个数以及模块层单元的层数进行灵活地调整，便于布置，具有结构紧凑，能量密度高的优点。
[0028]4、采用散热板结合框架的结构，在软包锂离子电池两侧形成了冷却风道，使模块具有良好的散热功能，有效提升了软包锂离子电池的使用寿命及软包电池模块工作的稳定性和可靠性。
[0029]5、采用端部导电片与中间导电片相结合的连接结构，导电片与极耳的连接可靠，电池之间可以方便的实现串、并联连接以构成电压、容量等参数满足要求的电池模块；且连接以横向连接为主，给维修时拆换电池带来便利，同时，导电片截面积损失小，可降低导电片厚度。
[0030]6、框架第一边上设置的轴线平行于所述框架平面的凸台，将电池单体的两极隔开，减少在装配、连接、维修时出现短路的可能。
[0031]综上所述，本实用新型提供的一种软包锂离子电池模块，具有结构紧凑，维修方便，扩展容易；既能够对电池起到良好的保护作用，又很好地实现了电气连接；既实现单体的隔离，又达到散热的要求。对电动汽车锂电池组延长使用寿命和提高能量密度具有显著的作用。适于工业化生产。
【专利附图】
【附图说明】
[0032]附图1为实用新型四个软包锂离子电池单体构成的软包锂离子电池层单元结构爆炸图；
[0033]附图2为本实用新型中2层软包锂离子电池层单元构成的软包锂离子电池模块结构爆炸图；
[0034]附图3为本实用新型的中间导电连接片结构示意图；
[0035]附图4为本实用新型的一种端部导电连接片结构示意图；
[0036]附图5为本实用新型的另一种端部导电连接片结构示意图；
[0037]附图6为本实用新型构成的4X4模块电连接图；
[0038]附图7为本实用新型实施例2制备的4X20软包锂离子电池层单元构成72V40Ah电池模块的电连接图。
[0039]1-软包锂离子电池；2-散热板；3-框架，4-上盖，5-底板；6-端部导电片；7-中间导电片。
【具体实施方式】
[0040]下面结合附图对本实用新型的实施方式作进一步描述。
[0041]实施例1
[0042]参见附图1、2、3、4、5、6，本实用新型一种软包锂离子电池模块，所述模块包括软包锂离子电池层单元、底板5、上盖4、紧固螺栓；所述软包锂离子电池层单元包括软包锂离子电池1、框架3、散热板2，所述框架3为矩形结构，由四个矩形腔体17构成，所述散热板2设有形状及数量与所述框架3的矩形腔体17数量相同的凹坑，所述散热板2卡装在所述框架3中，散热板2上的凹坑陷入框架3的矩形腔体17中；所述软包锂离子电池I设置在所述散热板2的凹坑中，整体构成软包锂离子电池层单元；
[0043]四个软包锂离子电池层单元沿厚度方向叠置通过紧固螺栓固定安装在底板5与上盖4之间，构成软包锂离子电池模块；
[0044]所述框架3的一条边上设有第一凹槽8，所述软包锂离子电池I卡装在所述散热板2的凹坑中，电池极耳9穿过所述第一凹槽8延伸至软包锂离子电池模块外；
[0045]所述框架3中设有第一凹槽8的边定义为第一边10，垂直于第一边10的边定义为第二边11 ;所述第一边10与第二边11交汇处的第一边10上表面设有第二凹槽12，所述第二凹槽12的轴线与第二边11的轴线平行；
[0046]在所述第一边10上设有轴线平行于所述框架3平面的凸台13，所述凸台13设置于每一个矩形腔体17的中心线上；该凸台13 —方面构成软包锂离子电池I正负极之间的隔离墩，防止电池短路事故的发生；另一方面也可以在凸台13上钻孔，为框架3提供紧固条件；
[0047]所述散热板2上设置的凹坑两侧端部各延设有一卡槽14，所述卡槽14的横截面呈矩形、底面开口，所述卡槽14的开口方向与所述凹坑的开口方向相反，当所述散热板2卡装在所述框架3中时，框架3的第二边11卡装在所述卡槽14中，所述散热板2上设置的卡槽14与所述框架3的第二边11之间形成的空隙以及设置于所述框架3第一边10上的第二凹槽12共同构成所述软包锂离子电池模块的散热通道；
[0048]所述软包锂离子电池I之间通过导电片连接，实现并联或串联；
[0049]所述导电片分为端部导电片6与中间导电片7 ;所述中间导电片7为长方形，其上设有沿长方形轴线对称分布的两组长条形通槽15，每组长条形通槽中包含4条通槽，该通槽15用作极耳9的过孔；
[0050]所述端部导电片6为长方形，沿长方形的长度方向均布有长条形通槽16 ;所述端部导电片6上设置的长条形通槽16的数量与所述中间导电片7上设置的一组长条形通槽15数量相同；
[0051 ] 端部导电片6或中间导电片7上的每一个长条形通槽的宽度比所述软包锂离子电池极耳9厚度大0.5-1_，相邻长条形通槽之间的间距为所述软包锂离子电池I的厚度与散热片2厚度之和；
[0052]利用端部导电片6和中间导电片7，4X4模块按照附图6所示的连接方式进行四并四串连接得到14.4V、40Ah电池层单元组20 (4X 4模块)。
[0053]本实施例中，所述框架3由工程塑料制成；所述散热板由铝板冲压成型；
[0054]本实施例中，在与框架3第一边10平行的边上设有2个凸台，在底板、上盖上对应位置设有2个凸台，凸台上可以钻孔，紧固螺栓穿过凸台上的钻孔将软包锂离子电池模块压紧。
[0055]实施例2
[0056]参见附图7，本实用新型制备的4X20模块构成72V40Ah软包锂离子电池模块；
[0057]本实施例2与实施例1的区别在于:本实施例的软包锂离子电池模块由20层软包锂离子电池层单元构成，每一层软包锂离子电池层单元中有4块软包锂离子电池，每四层软包锂离子电池层单元通过端部导电片6、中间导电片7，实现串联连接，构成电池层单元组，共有5个层单元组叠置，层单元组之间由端部导电片6a实现串联，最终构成72V40Ah软包锂离子电池模块；
[0058]所述中间导电片7为长方形，其上设有沿长方形轴线对称分布的两组通槽，每一组通槽中有4个相互平行的长条形通槽15 ；
[0059]所述端部导电片6为长方形，沿长方形的长度方向均布有长条形通槽16 ；
[0060]所述端部导电片6分为端部导电片6a与端部导电片6,端部导电片6用于软包锂离子电池总正极或总负极的连接，端部导电片6a用于连接相邻的软包锂离子电池层单元组；
[0061]本实施例中，所述端部导电片6a上设置的长条形通槽16的数量与所述中间导电片7上设置的长条形通槽15数量相同；所述端部导电片6上设置的长条形通槽16的数量是所述中间导电片7上设置的长条形通槽15数量的一半。
[0062]端部导电片6或中间导电片7上的每一个长条形通槽的宽度比所述软包锂离子电池I的极耳厚度大0.5-1_，相邻长条形通槽之间的间距为所述软包锂离子电池I的厚度与散热片2厚度之和。
[0063]本实用新型的工作原理简述于下:
[0064]本实用新型软包锂离子电池层单元可以横向进行扩展，也可以多层叠压实现厚度方向的扩展。
[0065]横向的扩展和层数的扩展可以根据实际情况的需要进行调整。主要考虑因素包括安装位置的空间限制；模块的机械结构强度；电池组容量对电池并联数量的要求等。
[0066]中间导电片7由铜片冲压而成，该导电片左右两侧各有两个I毫米左右高度的长条形通槽，用于穿过极耳，电池的负极耳从通槽中穿入，焊接时极耳可以往上或往下翻折至与导电片接触，然后再进行焊接；该中间导电片可以根据需要进行扩展；本实用新型的导电片连接以横向连接为主，使导电片通电时，极耳宽度方向与电流传导方向一致，导电片上挖出穿过极耳的通槽导致导电片最大导电横截面积的损失仅为缺口高度(Imm)与导电片厚度(0.5mm)的积(约0.5mm2)，若采用纵向连接方案，则是极耳厚度方向与电流传导方向一致，则最大导电横截面积的损失将为极耳宽度(12mm)与导电片厚度的积(约6mm2)，导电截面积的损失大大增加。本实用新型所采用的电连接方案中导电片的连接主要是横向的连接，导电片的最大导电横截面积损失最小，选取导电片时截面积减小，降低了铜材的消耗。
[0067]端部导电片6由铜片冲压而成，该导电片用于电池模块在端部的导电连接；可实现将最左侧并联的四个电池正极并联起来，或者将最右侧并联的四个电池负极并联起来。该端部导电片可以根据需要进行扩展，例如要实现将最左侧并联的N个电池正极并联起来，则应将导电片上下高度调整，在左右两侧各开N个I毫米左右高度的长条形通槽，用于穿过极耳。
[0068]以3.6V、10Ah电池单体为例，若要得到14.4V、40Ah电池模块则需要对16个电池进行四并四串连接。电池布置时，正负顺序相同，连接时最左侧的四个同极性(假设为正)极耳并联焊接在同一块端部导电片6上。最左侧电池的负极与正极被框架的凸台13隔开，起到避免短路的作用。最左侧电池的负极与左起第二组电池的正极通过中间导电片7连接在一起实现两组电池的串联。依次连接，4X4模块可以方便地按照附图6所示的连接方式进行四并四串连接得到14.4V、40Ah电池模块。
[0069]端部导电片6a由铜片冲压而成，用于软包锂离子电池层单元组之间的串联，被串联的两个电池层单元组其电池的极耳极性顺序应该相反。每四层电池构成层单元组，20层电池构成5个层单元组，叠置后按照图7所示利用导电片连接起来可得到72V40Ah软包锂离子电池模块。模块中散热板、顶板、底板对电池构成垂直方向的约束，装配好的模块对电池施加一定的压力。电池承受一定的压力使得电池在使用过程中不会发生水平面上的纵、横向位移，避免电池与边框发生碰撞而导致的损坏。
[0070]顶板、底板、电池可构成一层。
【权利要求】
1.一种软包锂离子电池模块，所述模块包括软包锂离子电池层单元、底板、上盖、紧固螺栓；所述软包锂离子电池层单元包括软包锂离子电池、框架、散热板，所述框架为矩形结构，由至少一个矩形腔体构成，所述散热板设有形状及数量与所述框架的矩形腔体数量相同的凹坑，所述散热板卡装在所述框架中，散热板上的凹坑陷入框架的矩形腔体中；所述软包锂离子电池设置在所述散热板的凹坑中，整体构成软包锂离子电池层单元； 至少两个软包锂离子电池层单元沿厚度方向叠置通过紧固螺栓固定安装在底板与上盖之间，构成软包锂离子电池模块。
2.根据权利要求1所述的一种软包锂离子电池模块，其特征在于:所述框架的一条边上设有第一凹槽，所述软包锂离子电池卡装在所述散热板的凹坑中，电池极耳穿过所述第一凹槽延伸至软包锂离子电池模块外。
3.根据权利要求2所述的一种软包锂离子电池模块，其特征在于:所述框架中设有第一凹槽的边定义为第一边，垂直于第一边的边定义为第二边；所述第一边与第二边交汇处的第一边上表面设有第二凹槽，所述第二凹槽的轴线与第二边的轴线平行；所述第二凹槽的深度大于等于第一边高度的1/2。
4.根据权利要求3所述的一种软包锂离子电池模块，其特征在于:在所述框架第一边上设有轴线平行于所述框架平面的凸台，所述凸台设置于每一个矩形腔体的中心线上；该凸台一方面构成电池正负极之间的隔离墩，防止电池短路事故的发生；另一方面也可以在凸台上钻孔，为框架提供紧固条件。
5.根据权利要求1所述的一种软包锂离子电池模块，其特征在于:所述框架由绝缘材料铸造制成，所述绝缘材料选自工程塑料、玻璃钢、PVC复合材料、尼龙中的一种。
6.根据权利要求1所述的一种软包锂离子电池模块，其特征在于:所述散热板由金属材料冲压成型，所述金属材料选自铝、铜、锌的一种金属或其合金。
7.根据权利要求1所述的一种软包锂离子电池模块，其特征在于:所述软包锂离子电池之间通过导电片连接，实现并联或串联；所述导电片分为端部导电片与中间导电片。
8.根据权利要求7所述的一种软包锂离子电池模块，其特征在于:所述中间导电片为长方形，其上设有沿长方形轴线对称分布的两组长条形通槽，该长条形通槽用作极耳过孔； 所述端部导电片为长方形，沿长方形的长度方向均布有长条形通槽；所述端部导电片上设置的长条形通槽的数量与所述中间导电片上设置的长条形通槽数量相同；或 所述端部导电片上设置的长条形通槽的数量是所述中间导电片上设置的长条形通槽数量的1/2。
9.根据权利要求8所述的一种软包锂离子电池模块，其特征在于:端部导电片或中间导电片上的每一个长条形通槽的宽度比所述软包锂离子电池极耳厚度大0.5-lmm，相邻长条形通槽之间的间距为所述软包锂离子电池的厚度与散热片厚度之和。
10.根据权利要求1-9任意一项所述的一种软包锂离子电池模块，其特征在于:散热板上设置的凹坑两侧端部各延设有一卡槽，所述卡槽的横截面呈矩形、底面开口，所述卡槽的开口方向与所述凹坑的开口方向相反，当所述散热板卡装在所述框架中时，框架的第二边卡装在所述卡槽中，所述散热板上设置的卡槽与所述框架的第二边之间形成的空隙以及设置于所述框架第一边上的第二凹槽共同构成所述软包锂离子电池模块的散热通道。
【文档编号】H01M2/10GK204118197SQ201420444250
【公开日】2015年1月21日 申请日期:2014年8月7日 优先权日:2014年8月7日
【发明者】张军, 张华平, 卿剑平, 邓自贤, 张练达 申请人:长丰集团有限责任公司