电池模组壳体结构及电池模组的制作方法

本申请涉及储能器件领域，尤其涉及一种电池模组壳体结构及电池模组。

背景技术：

相关技术中，对于电池系统，按系统层级从高到低划分可依次分为电池包、电池模组和裸电芯，国内外锂电池生产商所生产的电池模组大多数是以裸电芯为最小单位，即首先生产裸电芯，并配以相应的保护装置，集成于一个裸电芯外下壳本体内形成裸电芯，再由多个裸电芯通过并联和串联的方式组装成电池模组。

这种方式存在很多弊端，例如由于同时具备裸电芯外下壳本体以及电池模组壳体结构，导致机械结构件重量比重较大，模组能量密度相对较低。

技术实现要素：

本申请提供了一种电池模组壳体结构及电池模组，能够解决上述问题。

本申请实施例的第一方面提供了一种电池模组壳体结构，包括下壳、上盖以及输出组件，所述下壳包括下壳本体以及连接件，

所述下壳本体被分隔为若干裸电芯容纳腔，所述裸电芯容纳腔沿直线方向依次排布，且均在同一侧具有敞口，所述下壳本体上对应每个所述裸电芯容纳腔均开设有与外界相通的注液孔，

每个所述裸电芯容纳腔内均设置有连接件安装位，相邻两个所述裸电芯容纳腔内的所述连接件安装位相对设置，相邻两个所述裸电芯容纳腔之间均贯穿有一个所述连接件，用于串联相邻两个所述裸电芯容纳腔内的裸电芯，所述连接件固定在所述连接件安装位上，

第一个以及最后一个所述裸电芯容纳腔内还设置有输出组件安装位以及输出孔，所述输出组件为两个，分别设置于第一个以及最后一个所述裸电芯容纳腔内的所述输出组件安装位上，并由所述输出孔穿出所述裸电芯容纳腔之外，所述输出组件与所述输出孔密封连接，

所述上盖能够与所述下壳本体盖合，并密封所有所述敞口。

优选地，所述输出组件安装位以及所述连接件安装位沿所述裸电芯容纳腔的排布方向排布。

优选地，所述连接件安装位以及所述输出组件安装位设置在所述裸电芯容纳腔平行于所述裸电芯容纳腔的排布方向的一侧。

优选地，

所述连接件具有朝向所述敞口的连接件接触面，用于与裸电芯连接，

和/或

所述输出组件具有朝向所述敞口的输出组件接触面，用于与裸电芯连接。

优选地，

所述连接件安装位包括第一凸台，所述连接件固定于所述第一凸台上，

和/或

所述输出组件安装位包括第二凸台，所述输出组件放置在所述第二凸台上。

优选地，所述输出组件包括转接片、极柱、密封件以及连接块，

所述转接片包括电连接的裸电芯连接部以及极柱连接部，所述裸电芯连接部放置在所述第二凸台上，所述输出组件接触面位于所述裸电芯连接部上，

所述极柱与所述极柱连接部相连，且由所述输出孔伸出所述裸电芯容纳腔，所述极柱通过所述密封件密封所述输出孔，所述连接块于所述下壳本体外部与所述极柱相连。

优选地，所述裸电芯连接部与所述极柱连接部均为片状结构，且均沿所述裸电芯容纳腔的排布方向延伸，所述裸电芯连接部与所述极柱连接部在垂直于所述裸电芯容纳腔的排布方向的平面内的投影相互垂直。

优选地，所述极柱上开设有焊接槽，所述极柱连接部伸入所述焊接槽内，并与所述极柱焊接。

优选地，所述转接片还包括过渡部，所述过渡部为片状结构，且其延展方向垂直于所述裸电芯容纳腔的排布方向，所述裸电芯连接部以及所述极柱连接部分别与所述过渡部相连。

优选地，所述第二凸台与所述输出孔之间存在间隙，所述转接片还包括弯折部，所述裸电芯连接部与所述过渡部通过所述弯折部相连，且当所述裸电芯连接部放置在所述第二凸台上时，所述弯折部能够处于所述间隙内。

优选地，所述连接件预埋在所述下壳本体内。

优选地，所述下壳本体与所述上盖的配合面上还具有焊接凸台。

优选地，所述上盖上具有阻挡凸部，所述阻挡凸部设于所述上盖朝向所述裸电芯容纳腔的一侧，且沿所述裸电芯容纳腔的边缘设置。

本申请实施例的第二方面提供了一种电池模组，包括裸电芯以及所述的电池模组壳体结构，

每个所述裸电芯容纳腔内均放置有至少一个所述裸电芯，且放置于同一个所述裸电芯容纳腔内的多个裸电芯叠放且相互并联，

相邻两个所述裸电芯容纳腔内的所述裸电芯均通过所述连接件串联，所述输出组件也分别与位于第一个以及最后一个所述裸电芯容纳腔内的所述裸电芯串联连接。

优选地，还包括阻隔膜，所述下壳本体以及所述上盖均为塑料材质，所述阻隔膜包裹所述下壳本体以及所述上盖的表面。

本申请实施例提供的技术方案可以达到以下有益效果：

本申请实施例所提供的电池模组壳体结构能够直接使用裸电芯进行成组，省去了裸电芯外下壳本体等机械结构，因此能够有效提高电池模组的能量密度。

应当理解的是，以上的一般描述和后文的细节描述仅是示例性的，并不能限制本申请。

附图说明

图1为本申请实施例所提供的电池模组的整体结构示意图；

图2为本申请实施例所提供的电池模组的爆炸结构示意图；

图3为本申请实施例所提供的下壳与输出组件装配之前的示意图；

图4为图3中A部分的局部放大示意图；

图5为本申请实施例所提供的下壳与输出组件的装配之后的示意图；

图6为本申请实施例所提供的下壳与裸电芯装配之后的示意图；

图7为本申请实施例所提供的电池模组的局部剖视图；

图8为图6中B部分的局部放大示意图；

图9为本申请实施例所提供的电池模组包裹阻隔膜的过程示意图。

附图标记：

1-电池模组壳体结构；

10-下壳；

100-下壳本体；

100a-裸电芯容纳腔；

100b-隔板；

100c-敞口；

100d-注液孔；

100e-连接件安装位/第一凸台；

100f-输出组件安装位/第二凸台；

100g-输出孔；

100h-间隙；

100i-焊接凸台；

102-连接件；

102a-连接件接触面；

12-上盖；

120-阻挡凸部；

14-输出组件；

140-转接片；

140a-输出组件接触面；

140b-裸电芯连接部；

140c-极柱连接部；

140d-过渡部；

140e-弯折部；

142-极柱；

142a-焊接槽；

144-密封件；

146-连接块；

2-裸电芯；

20-正极耳；

22-负极耳；

3-阻隔膜。

此处的附图被并入说明书中并构成本说明书的一部分，示出了符合本申请的实施例，并与说明书一起用于解释本申请的原理。

具体实施方式

下面通过具体的实施例并结合附图对本申请做进一步的详细描述。文中所述“前”、“后”、“左”、“右”、“上”、“下”均以附图中的电池模组壳体结构为参照。

如图1所示，本申请实施例提供了一种电池模组，包括电池模组壳体结构1以及裸电芯2，必要时还可包括阻隔膜3。电池模组壳体结构1用于盛放裸电芯2，构成电池模组的保护外壳。具体地，如图2所示，电池模组壳体结构1包括下壳10、上盖12以及输出组件14。

其中，下壳10又包括下壳本体100以及连接件102，下壳本体100是下壳10的主体结构，一般采用PP或PBT等材料通过注塑工艺一体成型。下壳本体100包括若干裸电芯容纳腔100a，裸电芯容纳腔100a用来放置裸电芯2。裸电芯容纳腔100a的数量可以仅为两个，也可以存在更多。图2、3、5便示出了下壳本体100被分隔出两个裸电芯容纳腔100a的情况。这些裸电芯容纳腔100a沿着直线方向依次排列，相邻两个裸电芯容纳腔100a之间通过隔板100b分隔。

在同一个裸电芯容纳腔100a内可以仅放置一个裸电芯2，但也可以同时放置两个或者更多的裸电芯2，图2所示实施例中便在每个裸电芯容纳腔100a内分别放置了两个裸电芯2。裸电芯2一般会具有两种电极性相反的极耳，即正极耳20以及负极耳22，而被放置在同一个裸电芯容纳腔100a内的这些裸电芯2会被叠放在一起，并且相互之间的正极耳20连在一起，而负极耳22也连在一起，形成相互并联的电路关系。

为了能够放置裸电芯2以及其它部件，每个裸电芯容纳腔100a均在同一侧具有敞口100c，裸电芯容纳腔100a一般为扁平状的长方体结构，而敞口100c则位于裸电芯容纳腔100a最大的一面上，以便于裸电芯2以及其它部件的装配。此外，在下壳本体100上对应每个裸电芯容纳腔100a均开设有与外界相通的注液孔100d，用于分别向每个裸电芯容纳腔100a内灌注电解液。

连接件102的作用是将相邻的两个裸电芯容纳腔100a内部的裸电芯2进行串联连接，因此，相邻两个裸电芯容纳腔100a之间均贯穿有一个连接件102。每个裸电芯容纳腔100a内还设置有连接件安装位100e，相邻两个裸电芯容纳腔100a内的连接件安装位100e相对设置，而连接件102便固定在连接件安装位上100e上。如图2所示，在本实施例的附图中仅以包含两个裸电芯容纳腔100a以及一个连接件102。位于左侧的裸电芯容纳腔100a内的所有裸电芯2将负极耳22与连接件102进行连接，而位于右侧的裸电芯容纳腔100a内的所有裸电芯2则将正极柱20与连接件102进行连接，从而实现将相邻两个裸电芯容纳腔100a内的裸电芯2进行串联连接。

一般情况下，正极耳20以及负极耳22会采用不同的材料制造，例如分别采用铝和铜，由于连接件102同时需要与正极耳20以及负极耳22进行连接，因此需要能够同时与这两种材料具备良好的连接性能，在本实施例中，连接件102可以采用铜铝复合材料制造。

作为电池模组，除了将其中的所有裸电芯2均电连接，还需要具备与外部设备进行电连接的端口，通过端口将裸电芯2的电能输送出去。在本实施例中，第一个以及最后一个裸电芯容纳腔100a内还设置有输出组件安装位100f以及输出孔100g，仍然以包含两个裸电芯容纳腔100a为例，这两个裸电芯容纳腔100a便分别成为了依次排布的这些裸电芯容纳腔100a中的第一个以及最后一个。如图3所示，在本实施例中还提供了两个输出组件14，这两个输出组件12便分别设置于第一个以及最后一个裸电芯容纳腔100a内的输出组件安装位100f上。位于左侧的输出组件14与同处于同一裸电芯容纳腔100a内的裸电芯2的正极耳20相连，而位于右侧的输出组件14则与同处于同一裸电芯容纳腔100a内的裸电芯2的负极耳22相连，从而将这两个输出组件14串联到了这些裸电芯2的连接电路两端。输出组件14还由输出孔100g穿出这两个裸电芯容纳腔100a之外，从而将电能输送至裸电芯容纳腔100a外。

裸电芯2上的正极耳20以及负极耳22一般可分为侧出式以及上出式，也就是正极耳20和负极耳22分别设置在裸电芯2的两侧或者共同设置在裸电芯2的上方。对应不同的结构，连接件102以及输出组件14需要设置在相应的位置。并且，相对于侧出式结构，本实施例所提供的电池模组壳体结构1对于上出式结构更具优势。

具体地，如图2和图6所示，对于上出式的裸电芯2，由于正极耳20和负极耳22均由裸电芯2的同一侧伸出，因此电连接部件，也就是输出组件14以及连接件102也均可设置在裸电芯容纳腔100a的同一侧。在本实施例中，裸电芯2的长度方向与裸电芯容纳腔100a的排布方向一致，便可使得所有的裸电芯2的正极耳20以及负极耳22均朝向整个下壳本体100的同一侧。在这种情况下，输出组件安装位100f以及连接件安装位100e可以也沿着裸电芯容纳腔100a的排布方向进行排布，使得下壳本体的结构一致性更高。

同时，为了节约裸电芯容纳腔100a的内部空间，可以将连接件安装位100e以及输出组件安装位100f设置在裸电芯容纳腔100a平行于其排布方向的一侧，使二者紧贴裸电芯容纳腔100a的内壁。

如图5所示，当裸电芯2以其长度方向与裸电芯容纳腔100a的排布方向一致的方式放入裸电芯容纳腔100a内时，裸电芯2的正极耳20以及负极耳22的延展方向一般会基本与敞口100c一致，也就是说，正极耳20以及负极耳22的主平面会朝向敞口100c。因此，为了便于与正极耳20和负极耳22进行连接，在连接件102上最好具有一个朝向该敞口100c的连接件接触面102a，这样，一方面省去了极耳弯折的工序以及空间，同时也更加便于焊接操作。

同样的，在输出组件14上也最好具有一个输出组件接触面140a，以期达到与连接件接触面102a相同的效果。

连接件102可以直接采用片状结构，也可以采用诸如三棱柱形、立方体或者其它更为复杂的结构，只要其能够具有一个连接件接触面102a即可，然而，相对于其它结构，片状结构显然更为简单，也最为节省空间。

并且，在本实施例中，可以在成型下壳本体100的过程中将连接件102预埋在下壳本体100内的相应位置，之后采用注塑等方式一体加工成型，从而可以省去安装连接件102的工序。

由于裸电芯2具有一定厚度，因此正极耳20以及负极耳22一般会位于裸电芯2厚度的中间位置附近，如果连接件接触面102a过于靠近边缘，甚至直接设置在裸电芯容纳腔100a内与敞口100c相对的内壁上，则会因与极耳的位置过远而导致连接困难。因此，如图2所示，连接件安装位100e可以包括一个第一凸台(为了便于参照附图，下文采用依然采用附图标记100e进行描述)，将输出组件14放置在第一凸台100e上，可以使连接件接触面102a更加靠近极耳，降低连接难度。

同样的，输出组件安装位100f也可以包括第二凸台(为了便于参照附图，下文采用依然采用附图标记100f进行描述)，其作用与第一凸台100e相类似，能够使输出组件接触面140a与极耳更加接近。

下面将对输出组件14的具体结构进行详细说明。如图2所示，输出组件14具体包括转接片140、极柱142、密封件144以及连接块146。其中，如图4所示，转接片140包括电连接的裸电芯连接部140b以及极柱连接部140c，还可包括过渡部140d以及弯折部140e。裸电芯连接部140b可以直接设置为片状结构，以其中一个平面与第二凸台100f贴合，而另一个平面则充当输出组件接触面140a。

极柱连接部140c用于与极柱142进行连接，极柱142与极柱连接部140c完成连接后还由输出孔100g伸出裸电芯容纳腔100a，实现电能的外送。为了充分利用空间，极柱连接部140c也可以采用片状结构，裸电芯连接部140b与极柱连接部140c均沿着裸电芯容纳腔100a的排布方向延伸，并且在垂直于该排布方向的平面内的投影相互垂直，也就是说，裸电芯连接部140b朝向敞口100c，而极柱连接部140c却朝向平行于裸电芯容纳腔100a的排布方向的内壁。这样，裸电芯连接部140b与极柱连接部140c的连接区域在空间上便可呈九十度错开，降低干涉风险，实现空间的充分利用。

为了加强极柱连接部140c与极柱142之间的连接强度，可以在极柱142上开设焊接槽142a，将极柱连接部140c伸入焊接槽142a内，并与极柱142进行焊接连接。极柱连接部140c与焊接槽142a之间最好采用平面配合，以提高焊接效果。

由于裸电芯连接部140b与极柱连接部140c的延伸方向相反且又在垂直于裸电芯容纳腔100a的排布方向的平面上相互垂直，如果直接连接只能采用十字连接或者角连接方式，连接位置较小，连接不牢固，也不便于加工。因此本实施例通过过渡部140d进行连接。过渡部140d为片状结构，且其延展方向垂直于裸电芯容纳腔100a的排布方向，即平行于隔板100b，此时，裸电芯连接部140b以及极柱连接部140c均与过渡部140d垂直，因此裸电芯连接部140b以及极柱连接部140c均可以与过渡部140d垂直连接。甚至可以用一个导电片通过裁剪和弯折的方式直接形成三者之间的连接结构。

在本实施例中，之所以没有将输出组件14也通过预埋的方式埋入下壳本体100内，主要是因为输出组件14需要连接裸电芯容纳腔100a的内部与外部，而通过预埋注塑的成型方式对密封性能难以把握，因此才采用装配的方式进行安装。但采用装配的方式进行安装就可能存在一定的误差，为了便于调整误差，本实施例中的第二凸台100f与输出孔100g之间存在一定的间隙100h，同时在转接片140的裸电芯连接部140b与过渡部140d之间形成一个弯折部140e，利用这个弯折部140e能够调整裸电芯连接部140b与过渡部140d之间的角度以及位置，从而消除误差。而间隙100h便是为了能够容纳弯折部140e而设计的。并且，当弯折部140e处于间隙100h之内后，还能够起到卡位的作用，限制裸电芯连接部140b的移动。

由于裸电芯容纳腔100a内需要灌注电解液，因此为了防止电解液泄露，输出组件14与输出孔100g之间需要密封连接，具体地，极柱142通过密封件146(例如密封圈)密封输出孔100g，极柱伸出输出孔100g的部分再与连接块通过焊接或铆接相连。

当裸电芯2、输出组件14等均放置并完成相应的连接和固定工作之后，将上盖12与下壳本体100盖合在一起，并通过激光焊接等方式进行连接，以密封所有的敞口100c。如图4、7、8所示，为了提高密封性能，可以在下壳本体100与上盖12的配合面上设置焊接凸台100i，在焊接时焊接凸台100i融化并凝固，完成焊接。

为了防止焊接过程向裸电芯容纳腔100a的内部溢料，请继续参见图8，还可在上盖12上的适当位置设置阻挡凸部120，阻挡凸部120设于上盖朝向裸电芯容纳腔100a的一侧，并且沿着裸电芯容纳腔100a的边缘设置。

待将裸电芯2装入电池模组壳体结构1中并完成下壳本体100与上盖12的焊接密封后，电池模组便基本完成组装。在使用过程中，这种电池模组会依靠下壳本体100与上盖12实现内部的密封。然而，电动汽车需要轻量化，而动力电池壳体的轻量化属于其中很重要的一部分，因此采用耐电解液腐蚀的塑料作为下壳本体100与上盖12的材料是未来的发展趋势。例如材料可以是聚乙烯、聚丙烯、聚氯乙烯、聚苯乙烯、ABS(丙烯酸-丁二烯-苯乙烯)、聚甲基苯烯酸甲酯和氨基塑料等通用塑料，也可以是聚酰胺、聚碳酸酯、聚甲醛、聚苯醚和热塑性聚酯等通用工程塑料；还可以是聚酰亚胺、聚苯硫醚、聚砜类、芳香族聚酰胺、聚芳酯、聚苯酯、聚芳醚酮、液晶聚合物和氟树脂等特种工程塑料均是较为适合的选择。

然而，采用塑料制成的下壳本体100与上盖12由于致密性低，且随着时间的增长逐渐老化，高分子链段间的孔隙逐渐增大，水分子及氧分子透过增加，影响裸电芯内部性能，特别是循环寿命。

因此，为了延长使用寿命，本实施例在下壳本体100与上盖12的外表还包裹了阻隔膜3。阻隔膜3需要选择水蒸气透过系数低于0.5g/[m²*24h]的材料，包括铝塑复合膜材，塑料表面蒸渡/沉积复合膜材，还可以是超高分子量的塑料膜材。

根据阻隔膜3的材质以及电池模组的实际使用要求，下壳本体100与上盖12外包裹的阻隔膜3可以是一层、两层甚至多层。还可根据包裹位置的不同进行单独配置。阻隔膜3可以采用折叠的方式同时包裹下壳本体100与上盖12的多个面(参见图9)，或者通过粘合、焊接、复合等方式直接附着在下壳本体100与上盖12的外表。

本实施例中的电池模组直接使用裸电芯进行成组，省去了裸电芯外下壳本体等机械结构，因此有效提高了电池模组的能量密度。

以上所述仅为本申请的优选实施例而已，并不用于限制本申请，对于本领域的技术人员来说，本申请可以有各种更改和变化，基于本申请所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本申请的保护范围之内。