一种汽车电池模组结构的制作方法

本发明涉及汽车电池技术领域，尤其涉及一种汽车电池模组结构。

背景技术

近年来，为应对汽车工业迅猛发展带来的环境污染、石油资源急剧消耗等影响，电动汽车得到快速的发展。动力电池作为电动汽车的核心零部件，对整车的续驶里程、使用寿命、安全性能等有着直接的影响。在动力电池在使用过程中，由于电池单体在充放电过程中会产生大量的化学反应热和焦耳热，易造成电池单体产生不同程度的膨胀，可能会使动力电池中的电池模组结构产生变形，进而无法使用，使电池单体的使用寿命减少。同时，通过连接极片对电池单体的串并联，以实现了整个电池模组的电连接，由于连接极片具有导电和导热性能高的特点，当发生外接短路时连接极片可能会使电池单体的热量聚集而产生起火。因此，如何保护电池单体是电池模组结构的设计重点，这也要求电池模组结构能有效抑制电池单体的膨胀而造成损坏和减小因短路造成电池单体起火的安全隐患。

技术实现要素：

本发明提供一种汽车电池模组结构，解决现有电池模组在电池单体膨胀时易造成变形而无法使用和在外部发生短路时易受热起火的问题，能提高电池模组的使用寿命，减少电池模组的安全隐患。

为实现以上目的，本发明提供以下技术方案：

一种汽车电池模组结构，包括：电池单体、正极片和负极片；多个电池单体堆叠以形成电池组，所述电池单体的顶端设有正极顶盖和负极顶盖，所述正极片与多个电池单体的正极顶盖相连，所述电池组通过所述正极片汇流多个电池单体的正极，所述负极片与多个电池单体的负极顶盖相连，所述电池组通过所述负极片汇流多个电池单体的负极；该还包括：顶部盖板、中部盖板、外壳基座和外壳压板；

所述外壳基座内垂直设置有多个所述电池组，所述外壳基座的内侧壁与所述电池组的侧面紧贴；

所述外壳压板环绕在所述外壳基座的上部，以使所述外壳基座内的电池单体相互压合，进而约束所述电池单体的膨胀空间；

所述中部盖板与所述外壳基座卡接，使多组电池组固定在所述中部盖板与所述外壳基座的封闭空间内；所述正极片和所述负极片的接线端贯穿所述中部盖板，以隔离电池单体与连接在所述接线端的连接线束；

所述顶部盖板与所述中部盖板卡接，以使所述连接线束得到密封和绝缘隔离。

优选的，所述外壳基座为框状结构，所述外壳基座的侧面为镂空结构，所述外壳基座为高分子材料注塑加工成型。

优选的，所述外壳基座包括：第一隔板和第二隔板；

多个所述第一隔板将所述外壳基座的内部安装空间进行竖直分隔，多个所述第二隔板将所述外壳基座的内部安装空间进行横向分隔，以使所述外壳基座的内部安装空间分隔成多个格状空间，每个所述格状空间安装一个所述电池组。

优选的，所述外壳基座还包括：拉杆支座；

所述外壳基座的两侧面对称设有多个拉杆支座，所述外壳基座通过所述拉杆支座与贯穿所述中部盖板和所述外壳压板的拉杆连接。

优选的，所述中部盖板设有线束槽、矩形通孔及卡接固定结构；

所述线束槽用于限定所述连接线束的走向；

所述中部盖板通过所述卡接固定结构与所述外壳基座卡接；

所述正极片和所述负极片的接线端通过所述矩形通孔贯穿所述中部盖板，使所述接线端裸露在外，以便与所述连接线束相连接。

优选的，所述中部盖板两侧设有凸耳，所述凸耳设有通孔，所述拉杆贯穿所述通孔与所述拉杆支座连接。

优选的，所述外壳压板为门型结构，所述外壳压板的顶部与侧部连接处设有加强板，所述顶部设有加强筋，所述侧部为折边结构；

所述侧部包括：底板、第一折边和第二折边；所述底板的两侧分别垂直设有所述第一折边和所述第二折边，所述第一折边和所述第二折边对称设有连接孔和固定孔，所述拉杆通过所述连接孔贯穿所述侧部，使所述外壳压板与所述外壳基座通过所述拉杆拉紧。

优选的，所述负极片设有第一避让结构，所述第一避让结构包括：多个对称设置的半圆形凸起；在所述负极片与所述电池单体的负极顶盖相接触时，所述半圆形凸起使所述负极片与所述电池单体的极柱避开接触。

优选的，所述正极片由铜极片层和镍极片层焊接复合而成，所述镍极片层在底面，所述铜极片层在顶面；

所述正极片设有第二避让结构，所述第二避让结构包括：镍舌片和腰形凸起；

所述腰形凸起的中部的铜极片层为方形通孔，所述腰形凸起的中部的镍极片层为镍舌片；所述腰形凸起用于使所述正极片与所述电池单体的极柱避开接触，并使所述镍舌片与所述电池单体的正极顶盖相接触；

所述镍舌片与所述镍极片层的连接处为熔断结构，在所述电池单体外部发生短路使镍舌片的温度超过一定温度阈值时，所述镍舌片通过熔断结构断开镍极片层与电池单体的正极顶盖的电连接。

优选的，所述电池组由四个所述电池单体堆叠组成，四个所述电池单体的正极顶盖通过所述正极片串接，四个所述电池单体的负极顶盖通过所述负极片串接，以使四个所述电池单体并联连接；

四个所述电池单体由弹性绝缘层包裹在一起，在所述电池组安装在所述外壳基座内时，所述弹性绝缘层用于绝缘保护电池组并减小装配公差。

本发明提供一种汽车电池模组结构，将电池单体固定安装在外壳基座内，并通过外壳压板对外壳基座的侧边进行挤压限定，使电池单体在正常充放电循环过程产生的膨胀空间得到限制，解决现有电池模组在电池单体膨胀时易造成变形而无法使用的问题，并在外部发生短路时通过正极片的熔断结构使电池单体的电连接断开，避免短路造成起火的问题，能提高电池模组的使用寿命，减少电池模组的安全隐患。

附图说明

为了更清楚地说明本发明的具体实施例，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍。

图1：是本发明提供的一种汽车电池模组结构的示意图；

图2：是本发明提供的外壳基座的结构示意图；

图3：是本发明提供的中部盖板的顶面结构示意图；

图4：是本发明提供的中部盖板的底面结构示意图；

图5：是本发明提供的外壳压板的结构示意图；

图6：是本发明提供的负极片的示意图；

图7：是本发明提供的正极片的示意图；

图8：是本发明提供的电池组的示意图；

图9：是本发明提供的电池单体的示意图

图10：是本发明提供的顶部盖板的结构示意图。

附图标记

1外壳基座

2外壳压板

3中部盖板

4顶部盖板

11第一隔板

12第二隔板

13拉杆支座

21外壳压板的顶部

22外壳压板的侧部

23加强板

221第一折边

222第二折边

223底板

31线束槽

32矩形通孔

33凸起限位结构

34卡接固定结构

35限位隔板

41小圆孔

5负极片

51第一避让结构

6正极片

61第二避让结构

62镍舌片

63熔断结构

7弹性绝缘层

81极柱

82正极顶盖

83负极顶盖

具体实施方式

为了使本技术领域的人员更好地理解本发明实施例的方案，下面结合附图和实施方式对本发明实施例作进一步的详细说明。

针对当前动力电池的结构，在电池单体膨胀时不能有效抑制变形，同时，在外部发生短路时易造成电池单体起火的安全隐患。本发明提供一种汽车电池模组结构，将电池单体固定安装在外壳基座内，并通过外壳压板对外壳基座的侧边进行挤压限定，使电池单体在正常充放电循环过程产生的膨胀空间得到限制，解决现有电池模组在电池单体膨胀时易造成变形而无法使用的问题，并在外部发生短路时通过正极片的熔断结构使电池单体的电连接断开，避免短路造成起火的问题。能提高电池模组的使用寿命，减少电池模组的安全隐患。

如图1、图7和图8所示，一种汽车电池模组结构，包括：电池单体、正极片6和负极片5；多个电池单体堆叠以形成电池组，所述电池单体的顶端设有正极顶盖82和负极顶盖83，正极片6与多个电池单体的正极顶盖82相连，所述电池组通过正极片6汇流多个电池单体的正极，负极片5与多个电池单体的负极顶盖83相连，所述电池组通过负极片5汇流多个电池单体的负极。

该结构还包括：顶部盖板4、中部盖板3、外壳基座1和外壳压板2。所述外壳基座1内垂直设置有多个电池组，外壳基座1的内侧壁与所述电池组的侧面紧贴。外壳压板2环绕在所述外壳基座的上部，以使外壳基座1内的电池单体相互压合，进而约束所述电池单体的膨胀空间。中部盖板3与所述外壳基座1卡接，使多组电池组固定在中部盖板3与外壳基座1的封闭空间内；正极片6和负极片5的接线端贯穿所述中部盖板3，以隔离电池单体与连接在所述接线端的连接线束。顶部盖板4与中部盖板5卡接，以使所述连接线束得到密封和绝缘隔离。

具体地，在外壳基座的上部设置外壳压板，该外壳压板通过一侧4根拉杆的固定方式安装在外壳基座的两侧及上部，同时在外壳基座与外壳压板的内侧之间设有橡胶块，该橡胶块具有高回弹性和阻燃性，当外壳压板通过两侧各4根拉杆固定时再通过橡胶块的作用能够将电池模组的两侧(电池单体的膨胀方向)进行紧紧的压合，进而保证电池单体在全生命周期内的膨胀得到有效的约束和控制。

如图2所示，外壳基座1为框状结构，外壳基座1的侧面为镂空结构，外壳基座1为高分子材料注塑加工成型。进一步，外壳基座1包括：第一隔板11和第二隔板12；多个所述第一隔板11将所述外壳基座1的内部安装空间进行竖直分隔，多个所述第二隔板12将所述外壳基座的内部安装空间进行横向分隔，以使外壳基座1的内部安装空间分隔成多个格状空间，每个所述格状空间安装一个所述电池组。更进一步，所述外壳基座1还包括：拉杆支座13；所述外壳基座1的两侧面对称设有多个拉杆支座13，所述外壳基座1通过拉杆支座13与贯穿中部盖板3和外壳压板2的拉杆连接。

在实际应用中，该外壳基座由高分子材料注塑加工而成，具有高绝缘性、阻燃性和良好的强度和韧性。所述外壳基座的内部多处设有第一隔板和第二隔板，其作用一方面是对电池模组内的不同组的电池组进行隔档的作用，另一方面是用来增强底壳结构强度的作用。外壳基座多处设有纵横交错的“十”字形和“⊿”形的加强筋结构，尤其是在固定结构的应力集中处，用于保证外壳基座的结构强度。同时该底壳结构多处设有不同形状的减重孔，从而最大化的实现轻量化结构设计。

如图3和图4所示，中部盖板3设有线束槽31、矩形通孔32、凸起限位结构33和卡接固定结构34。线束槽31用于限定所述连接线束的走向。凸起限位结构33用于固定所述连接线束处于线束槽31内，常设置在线束槽顶部侧壁上。所述中部盖板3通过所述卡接固定结构34与所述外壳基座1卡接。中部盖板3还包括：限位隔板35，所述限位隔板35用于限定所述电池单体的安装位置，使多组电池单体安装与中部盖板的贴合更为紧密。所述正极片和所述负极片的接线端通过矩形通孔32贯穿中部盖板3，使所述接线端裸露在外，以便与所述连接线束相连接。进一步，所述中部盖板两侧设有凸耳，所述凸耳设有通孔，所述拉杆通过所述通孔与所述拉杆支座连接。

具体地，中部盖板上的线束槽包括采样线束保险丝固定槽和采样线束固定槽，采样线束保险丝的末端设有铜端子，在固定时，铜端子和极片的接线端通过螺栓一起固定在中部盖板的注塑螺母上，采样线束则通过线束槽固定在中部盖板内。该中部盖板由高分子材料注塑加工而成，具有高绝缘性、阻燃性和良好的强度和韧性，既能起到固定电池模组的高压电连接和采样线束的固定作用又能起到对电池单体进行很好的绝缘作用，同时其又具有足够的结构强度来保证安装在底壳内的所有电池单体不会沿y向进行窜动，进而保证了电池模组电连接及采样信号的可靠性。中部盖板结构的上、下端各设有3个卡接固定结构，该卡接固定结构与底壳上的卡接固定孔相配合，紧紧的卡接装配在一起，该种卡接固定结构简单，固定可靠，较螺栓连接具有占用空间小，不会有因螺栓装配不慎而导致模组电连接发生外短路的风险。

在实际应用中，在中部盖板未安装前，所有的正、负极极片均直立朝上放置，该种设计方式可以方便中部盖板的装配，当中部盖板装配完成时，通过极片压接工装的作用可以将所有的正极片和负极片的接线端翻转90°并压紧在中部盖板上，该种正、负极极片的巧妙设计既大幅度的节约了制造成本由实现了中部盖板易装配性。

如图5所示，所述外壳压板为门型结构，所述外壳压板的顶部21与侧部22连接处设有加强件23，所述顶部21设有加强筋，所述侧部22为折边结构。所述侧部22包括：底板223、第一折边221和第二折边222；所述底板223的两侧分别垂直设有第一折边221和第二折边222，第一折边221和第二折边222对称设有连接孔和固定孔，所述拉杆通过所述连接孔贯穿所述侧部，使所述外壳压板与所述外壳基座通过所述拉杆拉紧。

具体地，该外壳压板的材料为高强钢材料，为实现轻量化设计，在结构上最大化的设有减重孔，同时为了保证压板的强度，在其顶部和侧部的折弯处均设计有加强结构，以防止由于外部受力产生的应力集中而导致断裂。为了保证电池模组在z向上的约束，在压板的顶部设有加强筋结构，该结构能够保证电池模组在z向上的固定强度。上部压板的两侧部采用“u”字形截面设计，该设计在轻量化设计的基础上能够具有足够的结构强度来保证对电池模组内电池单体在全生命周期内的膨胀得到有效的约束和控制。外壳压板的两侧部上多处位置设计有翻边带孔翻边结构，该结构可用于对低压接插件的安装固定。

如图6和图9所示，所述负极片5设有第一避让结构51，所述第一避让结构51包括：多个对称设置的半圆形凸起；在所述负极片5与所述电池单体的负极顶盖83相接触时，所述半圆形凸起使所述负极片5与所述电池单体的极柱81避开接触。

具体地，负极片的材质为铜材料，负极片与电池单体的顶盖的焊接同样可以是激光焊接或者是电阻焊。负极片的上表面设有第一避让结构，该结构用于避让电池单体凸起的极柱，同时该凸起避让结构又能在负极片往电池单体放置的过程中起到定位的作用，确保负极片在放置到电池单体上后实现x和z方向的准确定位，以保证焊接的过程中不会焊偏。

如图7和图9所示，所述正极片6由铜极片层和镍极片层焊接复合而成，所述镍极片层在底面，所述铜极片层在顶面。正极片6设有第二避让结构61，第二避让结构61包括：镍舌片62和腰形凸起。所述腰形凸起的中部的铜极片层为方形通孔，所述腰形凸起的中部的镍极片层为镍舌片62；所述腰形凸起用于使所述正极片6与所述电池单体的极柱81避开接触，并使镍舌片62与所述电池单体的正极顶盖82相接触。镍舌片62与所述镍极片层的连接处为熔断结构63，在所述电池单体外部发生短路使镍舌片的温度超过一定温度阈值时，所述镍舌片62通过熔断结构63断开镍极片层与电池单体的正极顶盖82的电连接。

具体地，正极片由铜极片和镍极片焊接复合在一起而成，铜极片在上方，镍极片在下方，铜极片和镍极片的焊接方式可以是激光焊接或者是电阻焊接。正极片的上表面设计有第二避让结构，该结构用于避让电池单体凸起的极柱，同时该凸起避让结构又能在极片往电池单体放置的过程中起到定位的作用，确保极片在放置到电池单体上后实现x和z方向的准确定位，以保证焊接的过程中不会焊偏。为了防止电池模组在发生外短路的过程中因热量聚集而产生起火，在镍舌片连接处设置熔断结构，该熔断结构可设置成宽度最窄的连接结构，当电池模组发生外短路时，镍舌片的熔断处(宽度最窄)将会在1秒内自动进行熔断，进而防止电池模组外短路的进一步发生。镍舌片后部的熔断处设计为拱起结构，该设计主要是为了避免镍舌片在与电池单体顶盖焊接后会产生应力集中，防止该处在整车行驶的过程中因振动而发生断裂，进而影响到整个电池包的电连接可靠性。

如图8所示，所述电池组由四个所述电池单体堆叠组成，四个所述电池单体的正极顶盖通过正极片6串接，四个所述电池单体的负极顶盖通过负极片5串接，以使四个所述电池单体并联连接。四个所述电池单体由弹性绝缘层7包裹在一起，在所述电池组安装在所述外壳基座内时，弹性绝缘层7用于绝缘保护电池组并减小装配公差。

具体地，每四个电池单体紧紧贴合在一起并通过正极片和负极片焊接成1个4p电池组，同时该4p电池组的外部粘贴有弹性绝缘层，用于保证4p电池组装入外壳基座后能够使电池单体膨胀面侧与底壳内壁进行紧紧的压紧贴合。弹性绝缘层采用高分子阻燃材料加工而成，具有良好的回弹性能，装配的过程中能起到吸收公差的作用。同时，正极片和负极片均通过激光焊接或电阻焊接与电池单体顶盖焊接在一起，焊接后经过焊点拉力测试，焊点拉力值均在100n以上；且极片与电池单体分离后，极片残留在电池单体顶盖上的焊点面积均在75％以上，焊点质量充分满足焊接可靠性的试验要求。

如图10所示，顶部盖板由高分子材料注塑加工而成，具有高绝缘性、阻燃性和良好的强度和韧性，其主要作用是对中部盖板内的电连接及连接线束等进行绝缘防护。所述顶部盖板可采用分体结构，可通过在上、下两端面各设有2个可去除翻盖结构(通过设计间断式的间隙结构从而方便翻盖去除)，以便电池模组的高压铜条或低压线束需要从模组内引出时，只需将相应位置的翻盖去除即可，从而最大化的实现了不同电池模组顶部盖板的通用性。同时该顶部盖板结构多处设计φ3的小圆孔41，从而最大化的实现轻量化结构设计。

可见，本发明提供一种汽车电池模组结构，将电池单体固定安装在外壳基座内，并通过外壳压板对外壳基座的侧边进行挤压限定，使电池单体在正常充放电循环过程产生的膨胀空间得到限制，解决现有电池模组在电池单体膨胀时易造成变形而无法使用的问题，并在外部发生短路时通过正极片的熔断结构使电池单体的电连接断开，避免短路造成起火的问题，能提高电池模组的使用寿命，减少电池模组的安全隐患。

以上依据图示所示的实施例详细说明了本发明的构造、特征及作用效果，以上所述仅为本发明的较佳实施例，但本发明不以图面所示限定实施范围，凡是依照本发明的构想所作的改变，或修改为等同变化的等效实施例，仍未超出说明书与图示所涵盖的精神时，均应在本发明的保护范围内。