混装动力电池模组及电池包的制作方法

1.本实用新型涉及动力电池技术领域，具体而言，涉及一种混装动力电池模组及电池包。


背景技术：

2.电池系统安全性与否的第一要素是电芯安全，随着电芯能量密度提升，高能量密度电芯本身安全设计的难度也大大增加，所以还需要电池系统在热安全设计上加以考虑和支持，以达到热安全的设计目标。
3.针对电池系统来说，电芯在极端工况下发生热失控后会造成的热扩散，如何延缓或阻止电芯热失控后的热扩散就成了一个亟待解决的问题。


技术实现要素：

4.本实用新型的目的包括，例如，提供了一种混装动力电池模组，其能够延缓或阻止电芯在极端工况下发生热失控后造成的热扩散。
5.本实用新型的目的还包括，提供了一种电池包，其能够延缓或阻止电芯在极端工况下发生热失控后造成的热扩散。
6.本实用新型的实施例可以这样实现：
7.本实用新型的实施例提供了一种混装动力电池模组，其包括多个第一类电芯、多个第二类电芯以及多个隔热垫，多个所述第一类电芯与多个所述第二类电芯依次交错排布，相邻所述第一类电芯与所述第二类电芯之间设置有所述隔热垫。
8.可选的，所述第一类电芯的热失控触发温度高于所述第二类电芯的热失控触发温度。
9.可选的，所述第一类电芯的热失控最高温度低于所述第二类电芯的热失控最高温度。
10.可选的，所述第一类电芯的数量较所述第二类电芯的数量多一个，两个所述第一类电芯分别位于所述电池模组的最外侧。
11.可选的，多个所述第一类电芯之间串联形成第一类电芯组，多个所述第二类电芯串联形成第二类电芯组；
12.在对整车进行驱动的情况下，所述第一类电芯组与所述第二类电芯组并联，所述第一类电芯组与所述第二类电芯组分别用于连接整车的前驱端和后驱端；
13.在对所述第一类电芯组和所述第二类电芯组进行充电的情况下，所述第一类电芯组与所述第二类电芯组串联并连接充电接口。
14.可选的，所述第一类电芯和所述第二类电芯均包括正极柱、负极柱和防爆阀；
15.所述第一类电芯和所述第二类电芯其中之一的正极柱和负极柱设置于自身的顶端、防爆阀设置于自身的顶端或自身相对的两侧，另一电芯的正极柱、负极柱和防爆阀设置于自身相对的两侧。
16.可选的，所述第一类电芯的正极柱和负极柱设置于自身的顶端、防爆阀设置于自身的顶端或自身相对的两侧；
17.所述第二类电芯的正极柱和负极柱分别设置于自身的两侧，且相对设置；
18.所述第二类电芯的防爆阀设置有两个，分别位于自身相对的两侧，且与自身的正极柱或负极柱的位置对应。
19.可选的，所述第一类电芯为铁锂电芯，所述第二类电芯为三元电芯。
20.本实用新型的实施例还提供了一种电池包，包括多个上述的混装动力电池模组。
21.可选的，多个所述混装动力电池模组中的所述第一类电芯相串联，多个所述混装动力电池模组中的所述第二类电芯相串联。
22.本实用新型实施例的混装动力电池模组及电池包的有益效果包括，例如：在第一类电芯或第二类电芯发生热失控的情况下，隔热垫能够阻止第一类电芯和第二类电芯之间的热扩散，对电芯起到一定程度的保护作用。
附图说明
23.为了更清楚地说明本实用新型实施例的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，应当理解，以下附图仅示出了本实用新型的某些实施例，因此不应被看作是对范围的限定，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他相关的附图。
24.图1为本技术实施例中电池包的结构示意图；
25.图2为本技术实施例中用于展示第一类电芯、第二类电芯以及隔热垫之间排布关系的局部结构示意图；
26.图3为整车驱动情形下铁锂系统和三元系统的连接关系示意图；
27.图4为电芯充电情形下铁锂系统和三元系统的连接关系示意图；
28.图5为电芯的正极柱、负极柱以及防爆阀的第一种设置位置的结构示意图；
29.图6为电芯的正极柱、负极柱以及防爆阀的第二种设置位置的结构示意图。
30.图标：10-电池包；100-混装动力电池模组；110-第一类电芯；120-第二类电芯；130-隔热垫；140-正极柱；150-负极柱；160-防爆阀；170-端板；200-铁锂系统；300-三元系统；400-前驱端；500-后驱端；600-充电接口；700-bms组件；800-高压盒及配电盒组件；900-冷却系统。
具体实施方式
31.为使本实用新型实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本实用新型实施例中的附图，对本实用新型实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。通常在此处附图中描述和示出的本实用新型实施例的组件可以以各种不同的配置来布置和设计。
32.因此，以下对在附图中提供的本实用新型的实施例的详细描述并非旨在限制要求保护的本实用新型的范围，而是仅仅表示本实用新型的选定实施例。基于本实用新型中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本实用新型保护的范围。
33.应注意到：相似的标号和字母在下面的附图中表示类似项，因此，一旦某一项在一个附图中被定义，则在随后的附图中不需要对其进行进一步定义和解释。
34.在本实用新型的描述中，需要说明的是，若出现术语“上”、“下”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，或者是该实用新型产品使用时惯常摆放的方位或位置关系，仅是为了便于描述本实用新型和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本实用新型的限制。
35.此外，若出现术语“第一”、“第二”等仅用于区分描述，而不能理解为指示或暗示相对重要性。
36.需要说明的是，在不冲突的情况下，本实用新型的实施例中的特征可以相互结合。
37.本技术的发明人发现，电芯在极端工况下发生热失控后会造成的热扩散，如何延缓或阻止电芯热失控后的热扩散就成了一个亟待解决的问题。本实施例提供了一种混装动力电池模组，用以解决上述技术问题。
38.请参考图1、图2，本实施例提供的混装动力电池模组100包括多个第一类电芯110、多个第二类电芯120以及多个隔热垫130，多个第一类电芯110与多个第二类电芯120依次交错排布，相邻第一类电芯110与第二类电芯120之间设置有隔热垫130。
39.本实施例中，隔热垫130采用较薄的隔热材料，隔热垫130的厚度不超过2mm，优选0.8-1.5mm。在第一类电芯110或第二类电芯120发生热失控的情况下，隔热垫130能够阻止第一类电芯110和第二类电芯120之间的热扩散，对电芯起到一定程度的保护作用。
40.本实施例中，第一类电芯110的热失控触发温度高于第二类电芯120的热失控触发温度。
41.需要指出的是，热失控触发温度指的是电芯开始发生热失控时的最低温度，由于第一类电芯110的热失控触发温度高于第二类电芯120的热失控触发温度，则第二类电芯120更容易发生热失控，当第二类电芯120发生热失控后，隔热垫130作为第一层屏障，会对第二类电芯120产生的热扩散进行阻隔，阻止热量传递至第一类电芯110，对第一类电芯110进行保护；且由于第一类电芯110的热失控触发温度较高，第一类电芯110作为第二层屏障，可以进一步延缓热热扩散，而与第一类电芯110相邻的另一隔热垫130，能够阻止第一类电芯110的热量向一侧的另一个第二类电芯120传递，起到长时间延缓或阻止热失控的进一步发生。
42.本实施例中，第一类电芯110的热失控最高温度低于第二类电芯120的热失控最高温度。
43.需要指出的是，热失控最高温度指的是电芯发生热失控后的最高温度；在第二类电芯120首先发生热失控后，隔热垫130将第二类电芯120失控后传递给第一类电芯110的温度降低，防止第一类电芯110发生热失控，一旦第一类电芯110受热发生热失控，由于第一类电芯110的热失控最高温度低于第二类电芯120的热失控最高温度，第一类电芯110产生的热量也不会过高，再经一层隔热垫130降温后，热失控就能得到较好的控制。
44.本实施例中，多个第一类电芯110之间串联形成第一类电芯组，多个第二类电芯120串联形成第二类电芯组。
45.请参考图3，在对整车进行驱动的情况下，第一类电芯组与第二类电芯组并联，第
一类电芯组与第二类电芯组分别用于连接整车的前驱端400和后驱端500。
46.请参考图4，在对第一类电芯组和第二类电芯组进行充电的情况下，第一类电芯组与第二类电芯组串联并连接充电接口600。
47.需要指出的是，在对整车进行驱动的情况下，可根据功率需求选择，例如具有高功率性能的电芯组与后驱端500连接，负责向后驱提供电能；而另一电芯组则与前驱端400连接，负责向前驱提供电能。
48.本实施例中，第一类电芯组具有高功率性能，则第一类电芯组与后驱端500(例如轮毂电机)连接，负责向后驱提供电能，第二类电芯组功率次之，与前驱端400(例如前驱电机)连接，负责向前驱提供电能。
49.行车输出时，选择第二类电芯组作为主驱动电芯组，第一类电芯组则作为次驱动电芯组，提供辅助动力，例如在加速超车时，第一类电芯组提供辅助动力以供车辆加速行驶；在第二类电芯组的电量低的情况下，第一类电芯组则作为主驱动电芯组，且第一类电芯组可以对第二类电芯组进行充电。
50.行车时的能量回馈过程中，选择第一类电芯组作为主能量回馈电芯组，第二类电芯组作为次能量回馈电芯组；若第一类电芯组在能量回馈过程中电量充满，则使第一类电芯组向第二类电芯组进行充电，另外，第一类电芯组与第二类电芯组之间可以相互充电。
51.在对第一类电芯组和第二类电芯组进行充电的情况下，第一类电芯组与第二类电芯组串联组成一套电池系统，从而提升整个系统的充电功率。
52.本实施例中，第一类电芯110为铁锂电芯，第二类电芯120为三元电芯。三元电芯的能量密度高，铁锂电芯热安全性好。多个铁锂电芯之间串联形成铁锂电芯组，多个三元电芯串联形成三元电芯组；铁锂电芯组和三元电芯组分别连接一套低压采样系统。
53.铁锂电芯低温充电和放电性能不及三元电芯，在低温应用场景，可单独使用三元电芯组进行工作，其工作温升可用于加热铁锂电芯组，从而能让铁锂电芯组恢复到最佳工作温度状态，减少系统的能力损耗。
54.其他实施例中，第一类电芯110还可以是钛酸锂电芯。
55.需要指出的是，铁锂电芯的热失控触发温度一般超过200摄氏度，热失控最高温度在500摄氏度左右；三元电芯的热失控触发温度一般低于200摄氏度，热失控最高温度在800摄氏度左右。将三元电芯与铁锂电芯交替排布，三元电芯和铁锂电芯之间使用较薄的隔热垫130。将铁锂电芯和隔热垫130作为双层隔热屏障。第一层屏障为隔热垫130，隔热垫130将三元电芯热失控后传递给铁锂电芯的温度降低。铁锂电芯的电化学体系稳定，其失控触发温度高，可以作为第二层屏障，且热失控的最高温度比三元电芯低，放在隔热垫130后可进一步延缓热失控。放在铁锂电芯后的第二张隔热垫130用于阻隔铁锂电芯热量向第二颗三元电芯传递，基本能够起到长时间延缓或者阻止热失控的进一步发生。
56.本实施例中，第一类电芯110的数量较第二类电芯120的数量多一个，两个第一类电芯110分别位于电池模组的最外侧。
57.需要指出的是，最外侧的两个电芯为铁锂电芯，由于铁锂电芯在低温时充电和放电性能不及三元电芯，将铁锂电芯设置在最外侧，能够对内侧的三元电芯进行隔热保温。
58.进一步的，请参考图5、图6，第一类电芯110和第二类电芯120均包括正极柱140、负极柱150和防爆阀160；第一类电芯110和第二类电芯120其中之一的正极柱140和负极柱150
设置于自身的顶端、防爆阀160设置于自身的顶端或自身相对的两侧，另一电芯的正极柱140、负极柱150和防爆阀160设置于自身相对的两侧。
59.其中一种实施例中，第一类电芯110的正极柱140和负极柱150设置于自身的顶端，防爆阀160的数量包括一个，设置于第一类电芯110自身的顶端，或防爆阀160的数量包括两个，相对地设置于第一类电芯110自身相对的两侧；第二类电芯120的正极柱140和负极柱150分别设置于自身的两侧，且相对设置；第二类电芯120的防爆阀160设置有两个，分别位于自身相对的两侧，且与自身的正极柱140或负极柱150的位置对应。
60.本实施例中，铁锂电芯的正极柱140、负极柱150和防爆阀160设置于自身的顶端；三元电芯的正极柱140和负极柱150分别设置于自身的两侧，且相对设置；三元电芯的防爆阀160设置有两个，分别位于自身的两侧，且与自身的正极柱140或负极柱150的位置对应。
61.在其他实施例中，还可以是三元电芯的正极柱140、负极柱150和防爆阀160设置于自身的顶端；铁锂电芯的正极柱140和负极柱150分别设置于自身的两侧，且相对设置。
62.将三元电芯和铁锂电芯的正、负极柱的设置位置错开，能够便于三元电芯之间或铁锂电芯之间进行串联，方便人员操作。
63.本实施例中，铁锂电芯或三元电芯的厚度为13-16mm，长度小于等于600mm，电芯的高度根据电池包10络高度可调整。
64.请继续参考图1，本实施例还提供了一种电池包10，包括多个上述的混装动力电池模组100。多个混装动力电池模组100中的第一类电芯110相串联，多个混装动力电池模组100中的第二类电芯120相串联。
65.其中一种实施例中，电池包10包括四个上述的混装动力电池模组100，每个混装动力电池模组100中包含两个端板170，端板170布置在电池模块的首尾位置；每个混装动力电池模组100中包含28块铁锂电芯、27块三元电芯以及54块隔热垫130、若干汇流片、采样组件等。铁锂电芯、三元电芯、隔热垫130依次交替排布，并连接上串联汇流片以及电压和温度采集模块组成一套电池系统。实际装配过程中，混装动力电池模组100的数量可依据实际工况而定。
66.电池系统还包括bms组件700、高压盒及配电盒组件800、下箱体组件、上盖、高压线束、低压线束、平衡防爆阀等一套完整系统。
67.每个混装动力电池模组100中分别有两套动力输出和两套低压采样系统对应铁锂电芯和三元电芯，整个电池系统中铁锂电芯和三元电芯分别成组一套动力系统，两套系统共用电池箱体、冷却系统900及上盖等功能件。铁锂系统200由四个混装动力电池模组100中共112个铁锂电芯串联而成，组成350v电压平台。三元系统300由四个混装动力电池模组100中共108个三元电芯串联而成，组成400v电压平台。两套系统在放电工况下各自独立输出动力，一套系统连接前驱端400负责前驱，另一套系统连接后驱端500负责后驱，整车端可根据功率需求选择，具有高输出功率性能的电池系统负责后驱，提升车辆的操控感。
68.在充电工况下，两套系统串联组成一套750v平台的电池系统。
69.传统350v平台电池包其快充功率受限于系统和电芯的过流能力，电流越大，其发热温升越高，解决温升带来的成本也会随之增加。本实施例在充电时将三元和铁锂两套系统进行串联，可在不增加电流的情况下，提升整套系统的快充功率，减少因电流增加带来的发热问题。
70.综上所述，本实用新型实施例提供了一种混装动力电池模组100及电池包10，通过混装两种电池，三元电芯、铁锂电芯及隔热垫130交替堆叠而成，其防热扩散的性能佳，比纯三元系统具有更好的防热扩散性能，且易实现无热扩散，实现无热扩散的成本低；另外，分别组成三元和铁锂两套独立的动力系统输出，一套负责前驱，另一套负责后驱，选择功率性能高的系统负责后驱加速等需要大功率输出的场景，不需要整个电池包内电芯都具备大功率输出性能，通过差异化降低整套系统的成本；两种电芯系统串联到750v平台，充电时在不需要增加充电电流的情况下，可以提升系统充电功率，可大幅减少系统产热及控制温升，不会对热管理系统造成额外负担，相比传统350v平台，其充电功率性能可提升一倍以上。
71.以上所述，仅为本实用新型的具体实施方式，但本实用新型的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本实用新型揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本实用新型的保护范围之内。因此，本实用新型的保护范围应以所述权利要求的保护范围为准。