一种软包电池模组及其装配方法与流程

本发明涉及电池技术领域，涉及一种软包电池模组及其装配方法，尤其涉及一种便于预紧和装配的软包电池模组。

背景技术：

锂离子动力电池作为现如今新能源汽车的核心部件，其性能直接决定了新能源汽车的发展关键。在锂离子电池充电时，锂离子从正极脱出，嵌入负极石墨，负极膨胀；放电时，锂离子从负极脱出，嵌入层状正极材料中，负极膨胀缓解；同时在电池的老化过程中，电解液会产气而导致电池厚度的增大。这不仅影响电池的电化学性能及使用寿命，而且对模组的可靠性设计带来很大影响。而实验证明，给电芯施加一定的预紧力相比于无预紧力而言，电芯在性能保持及循环寿命上均有较大提升。

在实际装配过程中，需要首先将电芯加入到外框架中，然后从侧面对外框架施加预紧力，

优秀的外框架设计需要同时满足装配容易、且能良好施加预紧力两方面。目前软包电池模组外框架结构普遍有”n”、”u”、”口”；上述三种结构，都存在一些技术及结构性缺陷。为了使外框架对电芯能持续施加预紧力，因此，电芯的尺寸与外框架内部尺寸相当甚至略大于外框架尺寸的技术方案是有利的，但实际操作过程中，如果电芯尺寸大于或相当于外框架尺寸，由于外框架结构和电芯都是刚性结构，弹性形变较小，因此，安装十分困难，靠人力很难将电芯放入外框架中，而如果使用机械工装施加机械力，一方面容易导致外框架或电芯损坏，另一方面，工装进入或撤出外框架困难，这种缺陷在”口”字形外框架中格外明显。

如果电芯尺寸小于外框架尺寸，虽然可以提高装配效率，但这种情况下，预紧力相当一部分被外框架吸收，预紧力施加效果不良，且外框架吸收预紧力后，由于内侧没有施加对应的压力，容易产生变形，导致产品不符合设计要求。

因此，对于现有的”n”、”u”、”口”三种外框架结构，装配效率和有效施加预紧力是一种不可调和的矛盾。

cn109346630a公开了一种软包电池模组结构，包括铝壳外框(9)，其特征在于，还包括一体成型的反s形铝板(8)，所述反s形铝板(8)的上端面、下端面以及开口位置填装软包电芯组；所述软包电芯组包括两个软包电芯(12)；所述软包电芯(12)和反s形铝板(8)固定后整体插入铝壳外框(9)内，且所述反s形铝板(8)的侧面与铝壳外框(9)的内侧面接触；所述铝壳外框(9)的一端部设置有集成盖板(7)，所述软包电芯(12)的极耳(6)嵌入集成盖板(7)中通过绝缘板(3)引出，再通过右绝缘盖板(2)和右固定端板(1)进行固定密封；所述铝壳外框(9)的另一端部通过左绝缘盖板(11)和左固定端板(10)进行固定密封；所述反s形铝板(8)均为一体成型结构。该软包电池组装工艺简单，易于操作，提高了产品的生产效率。

cn109411667a公开了一种软包电池模组，其特征在于：包括底板、保护框组件、至少两个并行排列的软包电芯、至少一个第一绝缘板、至少一个第二绝缘板、至少一个用于引出各所述软包电芯的正极的第一汇流排和至少一个用于引出各所述软包电芯的负极的第二汇流排，所述保护框组件围设在所述底板上，所述第一绝缘板、所述第二绝缘板、所述第一汇流排和所述第二汇流排均设于所述底板上，各所述软包电芯之间设有用于隔热的间隔片，各所述软包电芯的底部通过导热胶材料连接于所述底板上，各所述软包电芯的正极耳通过第一胶粘剂与所述第一汇流排的第一侧面相连接，各所述软包电芯的负极耳通过所述第一胶粘剂与所述第二汇流排第一侧面相连接，所述第一汇流排的第二侧面通过所述第一胶粘剂与所述第一绝缘板的第一侧面固定连接，所述第二汇流排的第二侧面通过所述第一胶粘剂与所述第二绝缘板的第一侧面固定连接，所述第一绝缘板的第二侧面和所述第二绝缘板的第二侧面分别通过第二胶粘剂固定连接于所述保护框组件的内侧。该软包电池模组的绝缘板与汇流排之间、汇流排与软包电芯之间的缝隙填充有第一胶粘剂，绝缘板与侧板通过第二胶粘剂粘接在一起，第一胶粘剂和第二胶粘剂能取代现有电池模组中的外框及其他起固定作用的结构件，在保证电池模组结构的固定之余，还大幅降低了软包电池模组的重量。但是，其仅仅利用爆炸图揭示了模组各个板块的位置关系，没有涉及模组各个板、块的连接关系，也无法克服模组无法安装、预紧的问题。

技术实现要素：

针对现有技术中存在的上述问题，本发明的目的在于提供一种软包电池模组及其装配方法，尤其在于提供一种便于预紧和装配的软包电池模组。

为达上述目的，本发明采用以下技术方案：

第一方面，本发明提供一种软包电池模组，所述软包电池模组包括电芯组、设置于所述电芯组外侧的左右侧板、上下盖板和前后侧板，所述左右侧板包括左侧板，上下盖板包括上盖板和下盖板，前后侧板包括前侧板和后侧板；

所述左右侧板与上下盖板可拆卸过盈配合连接，或所述左右侧板与前后侧板可拆卸过盈配合连接，使得左右侧板持续受到上下盖板或前后侧板的约束而产生夹紧电芯的压力从而逼紧电芯，所述压力为5-300kpa；

所述左右侧板、上下盖板和前后侧板均可拆卸连接以封装电芯，形成软包电池模组；

所述电芯组包括泡棉，所述左右侧板与电池片平面相平行或相一致的方向，所述前后侧板与所述左右侧板及水平面垂直。

本发明的软包电池模组中，左右侧板持续受到上下盖板的约束而产生夹紧电芯的压力，所述压力为5-300kpa(例如5kpa、10kpa、20kpa、30kpa、40kpa、50kpa、60kpa、70kpa、80kpa、100kpa、135kpa、160kpa、200kpa、240kpa、265kpa或290kpa等)，为了更好地兼顾结构刚性、加工可行性和预紧效果，优选为10-100kpa，进一步优选20-50kpa。

本发明的软包电池模组中，电芯组包括多个(也即至少两个)电芯，至少两个电芯为一组，每组电芯之间间隔设置有泡棉。

本发明的软包电池模组，左右侧板与上下盖板或左右侧板与前后侧板通过可调整、可拆卸式配合连接逼紧内部电芯组，左右侧板和包含泡棉的内部电芯组处于夹紧状态，上下盖板或前后侧板与左右侧板可拆卸过盈配合连接，使得左右侧板持续受到上下盖板或前后侧板的约束而产生夹紧电芯的压力，左右侧板进一步将压力传递给电芯，使得电芯在装配过程中始终受到相应的预紧压力，有效克服了电芯膨胀所带来的问题。

本发明中，左侧板和右侧板相对设置，上盖板和下盖板相对设置，前侧板和后侧板相对设置。

优选地，所述前后侧板为如下两种形式中的任意一种：

其一，所述前后侧板为前后端盖装配板，具体为相对设置的前端盖装配板和后端盖装配板；

其二、所述前后侧板包括：相对设置的前端盖装配板和后端盖装配板，以及相对设置的前盖板装配板和后盖板装配板，且所述前盖板装配板和后盖板装配板分别位于所述前端盖装配板和后端盖装配板的靠近电芯组一侧。

优选地，所述前盖板装配板包括铜排和支撑铜排的板槽，所述电芯连线到铜排上，形成完整的电路回路，板槽设置在前盖板装配板内，起到支撑铜排的作用，同时隔离铜排和电芯极耳，防止两者接触。

优选地，所述前端盖装配板由前端盖和绝缘板组成，绝缘板物理隔离铜排，防止漏电和短路的发生。

优选地，所述后盖板装配板包括铜排和支撑铜排的板槽，所述电芯连线到铜排上，形成完整的电路回路，板槽设置在后盖板装配板内，起到支撑铜排的作用，同时隔离铜排和电芯极耳，防止两者接触。

优选地，所述后端盖装配板由后端盖和绝缘板组成，绝缘板物理隔离铜排，防止漏电和短路的发生。

本发明对所述可拆卸连接的方式不作限定，可以是现有技术常见的连接方式，例如常规的机械配合方式，优选包括卡扣、卡合或采用螺栓和/或螺母连接。以左右侧板和上下盖板之间的连接举例说明，可以将上盖板与侧板接触部设置成弯折部，盖板两个弯折部之间的距离略小于或整个模组的侧向宽度，上盖板与侧板形成过盈配合，形成紧密结构。也可以在上盖板和下盖板上分别设置凸起(形状不限定，例如锥形)，并在左右侧板设置有能够容纳凸起的凹槽，使得上下盖板能与侧板进行卡合。

优选地，所述左右侧板与所述上下盖板/前后侧板可拆卸连接形成的连接处还通过焊接连接，保证框架结构不会因电芯寿命末期膨胀变形而失效，所述焊接包括激光焊接。

优选地，所述上盖板和电芯组之间还设置有fpc装配板，fpc装配板包括柔性线路板和fpc支撑板，所述fpc支撑板上设置限位结构，用于固定柔性线路板，所述柔性线路板上设置有温度采集片和电压采集片。

温度采集片和电压采集片与柔性线路板的连接方式以及设置位置的选择是本领域已知的，技术人员可以根据电池模组的装配需求进行选择，优选的，可以通过焊接的方式进行连接。

优选地，所述左侧板与电芯组之间还设置有隔热板，所述隔热板与所述左侧板通过导热结构胶连接。

优选地，所述右侧板与电芯组之间还设置有隔热板，所述隔热板与所述左侧板通过导热结构胶连接。

通过在左右侧板与电芯之间设置隔热板，可以避免在左右侧板与上下盖板或前后端盖装配板焊接(例如激光焊接)过程中高温对电芯性能产生影响。

优选地，所述隔热板为耐高温材料，优选为云母片或具有隔热作用的气凝胶，短时间可耐1000℃高温，长时间可耐500℃以上高温。

本发明的软包电池模组，通过焊接和胶结等方式形成一个具有一定强度和刚度的整体，从而保证模组整体的可靠性。

优选地，所述左右侧板、上下盖板、前端盖和后端盖为铝材，优选为高强度铝材，所述高强度铝材必须满足以下两点：第一、左右侧板和上下盖板或前后端盖装配板过盈配合时，产生适合的形变；第二、在上下盖板或前后端板与左右侧板可拆卸连接而对其施加压力时不发生形变。

优选地，所述左右侧板采用冲压或挤压成型。

优选地，所述上下盖板采用冲压或弯折成型。

优选地，所述前端盖和后端盖采用挤压或铸造成型。

作为本发明所述软包电池模组的优选技术方案，所述上下盖板的宽度可根据电芯及泡棉的预紧要求进行调整。

第二方面，本发明提供如第一方面所述的软包电池模组的装配方法，所述方法包括以下步骤：

(1)将左侧板和右侧板分别叠放在电芯组的侧面，在模组宽度方向施加预紧力夹紧；

(2)在维持夹紧的条件下，将上盖板和下盖板分别与所述的左侧板和右侧板进行可拆卸连接，或者将前侧板和后侧板分别与左侧板和右侧板进行可拆卸连接；

(3)释放夹紧，此时上下盖板和左右侧板处于紧密配合状态且已有预紧，使得左右侧板持续受到上下盖板指向电芯的压力，压力大小为5-300kpa，继续连接使左侧板、右侧板、上盖板、下盖板、前侧板和后侧板均可拆卸连接，形成软包电池模组。

对本发明步骤(3)所述继续做如下解释：若步骤(2)与左侧板和右侧板连接的是上盖板和下盖板，则此处至少将前侧板和后侧板分别与左侧板和右侧板进行可拆卸连接；若步骤(2)与左侧板和右侧板连接的是前侧板和后侧板，则此处至少将上盖板和下盖板分别与左侧板和右侧板进行可拆卸连接。

本发明的方法中，若前侧板包括前端盖装配板和前盖板装配板，后侧板包括后端盖装配板和后盖板装配板，则按照以下方式执行：

前盖板装配板和后盖板装配板先于前端盖装配板和后端盖装配板的连接，例如可以是先通过前盖板装配板和后盖板装配板分别与左侧板和右侧板进行可拆卸连接，然后释放夹紧，最后再将上盖板、下盖板、前端盖装配板和后端盖装配板与所述左侧板、右侧板、上盖板装配板和下盖板装配板连接。

所述压力的测试方法为：对释放夹紧后的电池模组进行宽度的测量，得到宽度a1，然后撤去上下盖板的同时，保持电池模组左侧或右侧固定，使用压力装置对另一侧施加压力，使得电池模组宽度变为a1，此时压力装置显示的压力可以理解为约等于上下盖板约束左右侧板的压力。

本发明的装配方法中，左右侧板及内部包含泡棉的电芯组在装配时处于夹紧状态，上下盖板/前后侧板与左右盖板有可拆卸结构(例如扣合结构)，在可拆卸连接之后释放夹紧，此时上下盖板/前后侧板与左右侧板属于配合状态。

本发明摒弃了现有技术中使用”n”、”u”、”口”上下盖和侧板预组装的方式，在固定电池电芯的基础上，先通过侧板对电芯施加预紧力，然后再安装上下盖和前后端盖板的方式，避免了电芯尺寸在大于外框架的情况下安装不方便的问题。

作为本发明所述方法的优选技术方案，所述方法还包括在步骤(3)之后进行如下操作：对前侧板、后侧板、左侧板、右侧板、上盖板和下盖板的连接处进行焊接和密封。在上下盖板、前后端盖装配板与左右侧板可拆卸连接后再进行焊接，可以保证框架不会因电芯寿命末期膨胀变形而失效。

优选地，所述焊接包括激光焊接。

作为本发明所述方法的优选技术方案，所述方法还包括模组设计步骤，所述模组设计步骤包括：

测试得到电芯预紧力和电芯膨胀空间，并据此计算模组宽度。

(a)采用电芯预紧膨胀检测装置测试电芯的预紧力f和电芯膨胀空间

(b)根据泡棉的压力-应变曲线，确定泡棉在预紧力f条件下的应变x％，确定泡棉总压缩量z％，根据公式计算得到预紧后的泡棉厚度y；

(c)再根据公式y×(1-x％)＝a计算得到预紧后的泡棉厚度尺寸a；

(d)根据公式计算模组宽度，所述公式为：模组宽度＝预紧后泡棉厚度尺寸+电芯尺寸+其他零部件尺寸，上述尺寸指沿模组宽度方向的尺寸；

其中，为电芯膨胀空间，y为泡棉厚度尺寸，z％为泡棉总压缩量，x％为泡棉预紧压缩量。

此优选技术方案提供的模组设计步骤，可广泛应用在软包电池模组设计中。通过其计算得到模组宽度尺寸，制造模组，具有如下优点：产品结构更简单，零部件尺寸小，加工精度容易保证；产品装配简单，一次定位即可完成装配，装配过程中需要的工装夹具少。采样本方案所开发的模组，完美解决了软包电池模组宽度尺寸无法保证的难题及装配工艺难道高的问题；同时，模组的预紧力得到完美的实现，保证了产品的功能性和可靠性。

本发明中，泡棉的压力-应变曲线通过测定泡棉在不同应力条件下的应变大小，并将结果拟合成曲线或者特性方程得到，是泡棉的压力形变特性。

优选地，所述其他零部件包括隔热板、边框或胶中的任意一种或至少两种的组合。

与已有技术相比，本发明具有如下有益效果：

(1)本申请摒弃了”n”、”u”、”口”三种外框结构将上下盖板和左右侧板三个或四个组合形成一体化装置，将电芯“塞”入这种结构的技术方案，本发明提供了一种可拆卸的软包电池外框架，所述外框架包括上下盖板、左右侧板和前后侧板，对应的六部分均为独立的结构，这六部分可拆卸连接(例如彼此通过卡合装置相互连接)形成软包电池外框架。同时，为了更好地对外框架中各个可拆卸的板进行焊接和装配，以及在电芯使用过程中提高换热效率，本发明还提供了一种整体的软包电池模组和设计方案。

(2)本发明的方法，因为先将左右侧板叠放到电芯组侧面，使得工装可以对电芯施加需要的预紧，经过合适的预紧，对电池的整体性能有极大的提高；同时，配合本发明所述的设计方法，因为上下盖板和前后侧板都是根据实际尺寸进行设计，因此，电池的整体装配效率得到极大的提高，不会存在装配上下盖板或前后端盖板时因尺寸问题，导致工装无法进入或撤出的困扰。

附图说明

图1是本发明可拆卸模组爆炸图；

图2是本发明可拆卸模组的上下盖板与左右侧板连接采用的卡合结构示意图；

图3是本发明fpc装配板结构示意图；

图4是本发明前盖板装配板结构示意图；

图5是本发明前端盖装配板结构示意图；

图6是用于计算泡棉预紧压缩量x％的pu泡棉应力-应变拟合曲线；

其中，1-上盖板，2-fpc装配板，3-后端盖装配板，4-后盖板装配板，5-右侧板，6-导热结构胶，7-电芯组，8-下盖板，9-前盖板装配板，10-前端盖装配板，11-左侧板，12-电压采集片，13-温度采集片，14-限位结构，15-柔性线路板，16-fpc支撑板，17-铜排，18-板槽，19-绝缘板，20-端盖，21-隔热板，22-配合结构。

具体实施方式

下面结合附图并通过具体实施方式来进一步说明本发明的技术方案。

在本发明的描述中，需要说明的是，术语“上”、“下”、“左”、“前”“内”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，仅是为了便于描述本发明和简化描述，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发明的限制。

实施例1

本实施例提供一种软包电池模组，具体是一种可拆卸模组，其爆炸图如图1所示，所述软包电池模组包括电芯组7、设置于所述电芯组7外侧的左右侧板、上下盖板和前后侧板；

所述左右侧板包括相对设置的左侧板11和右侧板5，所述上下盖板包括相对设置的上盖板1和下盖板8，所述前后侧板包括：相对设置的前端盖装配板10(结构示意图参见图5)和后端盖装配板3，以及相对设置的前盖板装配板9(结构示意图参见图4)和后盖板装配板4，且所述前盖板装配板9和后盖板装配板4分别位于所述前端盖装配板10和后端盖装配板3的靠近电芯组一侧；

所述前盖板装配板9包括铜排17和支撑铜排17的板槽18，所述电芯组7连线到铜排17上，形成完整的电路回路，板槽18设置在前盖板装配板9内，起到支撑铜排17的作用，同时隔离铜排17和电芯极耳，防止两者接触。

所述前端盖装配板10由端盖20和绝缘板19组成，绝缘板19物理隔离铜排17，防止漏电和短路的发生。

所述后盖板装配板4包括铜排17和支撑铜排17的板槽18，所述电芯组7连线到铜排17上，形成完整的电路回路，板槽18设置在前盖板装配板4内，起到支撑铜排17的作用，同时隔离铜排17和电芯极耳，防止两者接触。

所述后端盖装配板3由端盖20和绝缘板19组成，绝缘板19物理隔离铜排17，防止漏电和短路的发生。

所述上盖板1和电芯组7之间还设置有fpc装配板2(结构示意图参见图3)，fpc装配板2包括柔性线路板15和fpc支撑板16，所述fpc支撑板16上设置限位结构14，用于固定柔性线路板15，所述柔性线路板15上设置有温度采集片13和电压采集片12，所述温度采集片用于采集温度信息，所述电压采集片用于采集电压信息。

所述左侧板11和右侧板5与电芯组7之间均设置有隔热板21，通过导热结构胶6连接。

所述左右侧板与上下盖板通过卡合结构(结构示意图参见图2)实现过盈配合连接，使得左右侧板持续受到上下盖板指向电芯的压力，从而逼紧电芯，所述压力为5-300kpa；

所述左右侧板、上下盖板和前后侧板均通过卡合实现连接以封装电芯，形成软包电池模组；

所述电芯组7包括泡棉，所述左右侧板与电池片平面相平行或相一致的方向，所述前后侧板与所述左右侧板及水平面垂直。

实施例2

本实施例提供一种实施例1所述的软包电池模组的装配方法，包括以下步骤：

(1)模组设计

本实施例使用vda355模组，模组尺寸为：355×151×108.5mm，电芯尺寸为：310×102×11mm；所有电芯厚度：11×12＝132mm，其它零部件(隔热板和胶)厚度之和：9mm。

(a)使用电池电芯检测装置测试电芯预紧力f和电芯膨胀空间测得电芯的最佳预紧力f为30kpa和电芯膨胀空间为为5％。

(b)根据所选用的泡棉材料(本实施例选择pu)的压力-应变曲线曲线如图6所示(纵坐标为应力，横坐标为应变)，确定泡棉在压力为30kpa时，泡棉的预紧压缩量x％为15％，且伴随电池的使用，电芯会逐渐膨胀至因此，泡棉的总压缩量可以理解为图6中应变的最大值，即z％为71％。

根据方程y×(1-x％)＝a，

计算得到预紧后的泡棉尺寸a＝10mm，模组宽度＝预紧后泡棉尺寸+电芯尺寸+其他零部件尺寸综合＝151mm；

其中a为泡棉预紧后的尺寸，y为泡棉厚度尺寸，x％为泡棉预紧压缩量，z％为泡棉总压缩量，为电芯膨胀空间；

(2)通过工装将左侧板11和右侧板5贴到电芯组7侧面，施加预紧力夹紧；

(3)然后再在维持夹紧的条件下，在上盖板1和电芯组7之间贴合fpc装配板2，在左侧板11和右侧板5与电芯组7之间分别贴合隔热板21，将上盖板1、下盖板8、左侧板11和右侧板5进行卡合，所述卡合通过在板对应的边上设置配合结构22实现(所述卡合结构示意图参见图2)；

(4)再与前盖板装配板9、后盖板装配板4、前端盖装配板10和后端盖装配板3卡合，形成完整的软包电池模组；

(5)对前端盖装配板10、后端盖装配板3、上盖板1、下盖板8、左侧板11与右侧板5连接处进行焊接和密封。

申请人声明，本发明通过上述实施例来说明本发明的详细方法，但本发明并不局限于上述详细方法，即不意味着本发明必须依赖上述详细方法才能实施。所属技术领域的技术人员应该明了，对本发明的任何改进，对本发明产品各原料的等效替换及辅助成分的添加、具体方式的选择等，均落在本发明的保护范围和公开范围之内。