一种基于电芯串的电池模组的制作方法

本实用新型涉及电池模组。

背景技术：

现有技术下，用以组成电池包的方形电芯其正负极通常位于其顶面。电池包装配时，电芯与电芯连接需要相应的配件进行连接。这些连接的配件占用大量的空间导致整个电池包能量密度下降。为此，专利文献cn102104167a和cn110518174a都公开了内部串联式的电池。通过这种内部串联的电池提高单体电池电压减少外部连接件，从而提高电池包整体能量密度。这种内部串联式的电池本质上是多个电池串联。这种电池，无法对单个电芯监测，监测以串联后的电池为单位。另一方面，这种电池由于内部串联，电池装配复杂，装配后容易失效，比如因内部器件或装配原因，容易导致电芯之间电解液相互流通等。

技术实现要素：

本实用新型所要解决的问题：通过对电芯和电池模组整体的优化设计，提高电池包空间利用效率，从而提升电池包能量密度。

为解决上述问题，本实用新型采用的方案如下：

一种基于电芯串的电池模组，包括囗形板框和电芯阵列；所述囗形板框是由四面长条形板体而围成的两端开口的板框；所述囗形板框的两端分别为前端和后端；所述电芯阵列是由偶数个电芯串所组成的方形阵列；通过前端开口设置的前端组件和后端开口设置的后端组件，将所述电芯阵列封在所述囗形板框内；所述前端组件包括输出电极极耳；所述电芯串包括若干个电芯；所述电芯呈长条方形结构，其两电极的极柱分别位于其两端；所述电芯串通过其中一个电芯正极的极柱与另一个电芯负极的极柱相焊接后串接而成；所述电芯串的两端分别位于前端和后端；相邻电芯串的电极极性朝向相反设置；相邻电芯串端部电极的极柱相串接；两侧最边的电芯串在前端分别连接所述输出电极极耳。

进一步，所述前端组件还包括前端巴片架板、串接巴片、前端绝缘板和前端端板；所述前端端板上设有极耳支撑件，并与所述囗形板框固定相连；所述前端巴片架板紧贴所述电芯阵列的前端端面设置；所述串接巴片设置在所述前端巴片架板的巴片槽内，并连接电芯串端部电极的极柱；所述前端绝缘板设置于所述前端巴片架板和所述前端端板之间，并紧贴所述前端巴片架板；所述输出电极极耳的一端设置在所述前端巴片架板的极耳槽内并连接电芯串端部电极的极柱，另一端穿过所述前端绝缘板上的极耳孔后设置在所述极耳支撑件上。

进一步，所述后端组件包括后端巴片架板、串接巴片、后端绝缘板和后端端板；所述后端端板与所述囗形板框固定相连；所述后端巴片架板紧贴所述电芯阵列的后端端面设置；所述串接巴片设置在所述后端巴片架板的巴片槽内，并连接电芯串端部电极的极柱；所述后端绝缘板设置于所述后端巴片架板和所述后端端板之间，并紧贴所述后端巴片架板。

进一步，所述电芯负极端设置有单芯采集板；所述单芯采集板包括背板、电压检测端子、温度检测端子、温度传感器、电压极柱贴合板和导热极柱贴合板；所述背板紧贴所述电芯负极端的端面；所述电压检测端子、温度检测端子、温度传感器、电压极柱贴合板和导热极柱贴合板设置在所述背板上；所述电压极柱贴合板和导热极柱贴合板连接所述电芯负极端的极柱；所述电压检测端子和所述电压极柱贴合板电相连；所述温度检测端子和所述温度传感器电相连；所述导热极柱贴合板通过导热层连接所述温度传感器。

进一步，还包括采集汇集架；所述采集汇集架包括汇集接口和若干个端子接头；所述端子接头与所述电芯上的单芯采集板的所述电压检测端子和温度检测端子相对应并相连；各个端子接头连接所述汇集接口。

进一步，所述后端端板上设置有接口架；所述汇集接口设置在所述接口架上。

进一步，所述电压检测端子和温度检测端子包括端子壳以及设置在所述端子壳内的接插针；其中，所述电压检测端子的端子壳内设置有一根接插针，所述温度检测端子的端子壳内设置有两根相分离的接插针；所述端子壳呈方形，并设有顶端开口的插头容纳腔；所述接插针收容于插头容纳腔内，并竖直设置；所述端子壳的侧板设置有搭扣口；所述端子接头包括插头主体和弹簧板；所述插头主体为方形结构；所述弹簧板有两个；两个弹簧板分别设置于所述插头主体两侧向背的侧面；所述弹簧板上设置有搭扣凸；当所述端子接头的插头主体插入所述插头容纳腔时，所述弹簧板向内收缩，并依赖所述弹簧板自身的弹性，使得所述弹簧板上的搭扣凸卡入所述搭扣口。

进一步，所述采集汇集架还包括设置在所述电芯阵列顶面的横向支撑条和纵向支撑条；所述端子接头设置在所述横向支撑条和纵向支撑条上；所述纵向支撑条顺着所述电池模组前后端方向设置，连接并垂直于所述横向支撑条；所述汇集接口连接于所述横向支撑条。

进一步，电芯串的电芯与相邻电芯串的电芯之间设置有缓冲垫；所述横向支撑条设置有缓冲凸桥。

进一步，所述采集汇集架和所述囗形板框的顶板之间还设置有汇集支撑架。

进一步，所述电芯表面设置有一层绝缘膜；所述电芯两端设置有电芯护架；所述电芯护架用于将所述电芯架空，使得所述电芯与所述囗形板框的四面板体之间绝缘隔离。

进一步，所述电芯与所述囗形板框底板之间还设置有导热层。

进一步，所述电芯的顶面上设置有防爆阀；所述囗形板框的顶板上设置有若干爆开孔；所述爆开孔的位置与各个电芯的所述防爆阀位置相对应。

本实用新型的技术效果如下：本实用新型通过对电芯和电池模组整体的优化设计，使得电池模组结构紧凑，电池模组配件占用空间少，从而提升整体的能量密度，并且电池模组与外界不同功能的交互分别朝向不同方向，比如，高压接口和低压接口分别位于模组两端，热交换位于模组底面，防爆设计位于顶面，由此，便于电池包结构优化，从而提升电池包能量密度。

附图说明

图1是本实用新型电池模组实施例的整体结构分解图。

图2是本实用新型电池模组实施例的整体结构示意图。

图3是电芯串的分解示意图。

图4是电芯串中电芯对接处的结构示意图。

图5是本实用新型电池模组实施例的前端分解图。

图6是本实用新型电池模组实施例的后端分解图。

图7是电芯负极端的分解示意图。

图8是采集汇集架的结构示意图。

图9是图8中虚线方框部分的放大图。

图10是前端巴片架板的正面结构示意图。

图11是前端巴片架板的背面结构示意图。

图12是电芯护架的结构示意图。

图13是电压检测端子、温度检测端子和端子接头之间的分解示意图。

图14是巴片和电芯极柱的连接结构示意图。

其中，

101是囗形板框，102是电芯阵列，103是前端组件，104是后端组件，105是采集汇集组件，108是前端，109是后端，1是l形板，11是顶板，12是侧板，121是侧板端部延长部，13是底板，14是爆开孔，15是导热层，151是导热绝缘结构胶，16是汇集支撑架，19是电芯容纳腔；

200是电芯串，21是电芯，211是极柱，2111是极柱槽，212是防爆阀，213是绝缘膜，219是极柱焊接缝，21n是电芯负极端，21p是电芯正极端，22是单芯采集板，221是背板，222是电压检测端子，223是温度检测端子，224是温度传感器，225是电压极柱贴合板，226导热极柱贴合板，227是导热层，23是电芯护架，231是端面托板，232是侧面托板，233是顶面托板，234是底面托板，235是极柱采集板避让孔，29是缓冲垫；

31是前端巴片架，311是巴片槽，312是极柱孔，313是极耳槽，314是采集板避让槽，32是串接巴片，321是卡位凸条，33是输出电极极耳，34是前端绝缘板，341是极耳孔，35是前端内侧板，36是前端端板，361是支撑件槽，362是极耳座插孔，363是前端端板侧面，364是前端安装孔，37是极耳支撑件，371是极耳支撑槽，372是极耳座插；

41是后端巴片架，42是后端绝缘板，43是后端内侧板，44是后端端板，441是接口架座插孔，443是后端端板侧面，444是后端安装孔；

51是采集汇集架，511是横向支撑条，512是纵向支撑条，513是端子接头，514是缓冲凸桥，52是汇集接口，53是接口架，531是接口架台面板，532是接口架座插；

61是端子壳，62是接插针，63是接头容纳腔，64是搭扣口；

91是插头主体，92是弹簧板，93是搭扣凸；

f是电池模组前后端朝向方向，f箭头所指为从电池模组的后端指向电池模组的前端。

具体实施方式

下面结合附图对本实用新型做进一步详细说明。

如图1、图2所示，一种基于电芯串的电池模组包括囗形板框101、电芯阵列102、前端组件103、后端组件104和采集汇集组件105。囗形板框101是由四面长条形板体而围成的两端开口的板框。四面长条形板体分别为顶板11、两块侧板12和底板13。本实施例中，囗形板框101由两块长条形的l形板1对扣后焊接而成，其中，一块l形板1包括一块侧板12和顶板11，另一块l形板1包括另一块侧板12和底板13。囗形板框101的内部是电芯容纳腔19。囗形板框101的两端分别为前端108和后端109。囗形板框的前端108和后端109也即电池模组的前端108和后端109。

电芯阵列102是由偶数个电芯串200所组成的方形阵列。每个电芯串200包括若干个电芯21。电芯阵列102设置在电芯容纳腔19内。囗形板框101的前端开口和后端开口分别通过前端组件103和后端组件104封装，由此，通过前端开口设置的前端组件103和后端开口设置的后端组件104，将电芯阵列102封在囗形板框101内。前端组件103，如图1、图5所示，包括前端巴片架板31、串接巴片32、输出电极极耳33、前端绝缘板34、前端内侧板35和前端端板36。后端组件104，如图1、图6所示，包括后端巴片架板41、串接巴片32、后端绝缘板42、后端内侧板43和后端端板44。

参照图3和图4，电芯串200包括若干个串接的电芯21。具体来说，电芯21呈长条方形结构，其两电极的极柱211分别位于其两端。电芯串200通过其中一个电芯21正极的极柱211与另一个电芯21负极的极柱211相焊接后串接而成。也就是，电芯21的两端分别为正极端21p和负极端21n。电芯21正极的极柱211，也就是位于电芯21的正极端21p的极柱211，为正极极柱；电芯21负极的极柱211，也就是位于电芯21的负极端21n的极柱，为负极极柱。两端的极柱211分别设置在电芯21两端的端面上，为方柱体结构。参照图4，一个电芯21正极端21p的极柱211的方柱体顶面和另一个电芯21负极端21n的极柱211的方柱体顶面紧贴后形成焊接缝219，然后对焊接缝21进行激光焊接工艺的焊接使得两个电芯21的极柱211相连，从而实现两个电芯21的串接，进而串接成电芯串200。

参照图7，电芯21负极端21n的端面上设置有单芯采集板22。单芯采集板22包括背板221、电压检测端子222、温度检测端子223、温度传感器224、电压极柱贴合板225和导热极柱贴合板226。背板221紧贴电芯21负极端21n的端面，并通过结构胶粘合。电压检测端子222、温度检测端子223、温度传感器224、电压极柱贴合板225和导热极柱贴合板226设置在背板221上。电压极柱贴合板225和导热极柱贴合板226连接电芯21负极端21n的极柱211。本实施例中，电压极柱贴合板225和导热极柱贴合板226是由镍制成的片状体，以焊接的方式与极柱211的柱面焊接相连。电压检测端子222和电压极柱贴合板225电相连。温度检测端子223和温度传感器224电相连。导热极柱贴合板226通过导热层227连接温度传感器224。

采集汇集组件105用于电芯温度和电压采集的汇集，具体而言，将电芯阵列102中的各个电芯21上的单芯采集板22上的电压检测端子222和温度检测端子223汇集至一个统一的电池模组接口上。采集汇集组件105，包括采集汇集架51和汇集支撑架16。采集汇集架51设置在电芯阵列102的顶面。汇集支撑架16设于采集汇集架51和顶板11之间，为镂空板体结构，用于对采集汇集架51提供物理和绝缘支持。参照图8、图9，采集汇集架51包括横向支撑条511、若干纵向支撑条512、汇集接口52和若干个端子接头513。各纵向支撑条512顺着电池模组前后端方向设置，连接并垂直于横向支撑条511。纵向支撑条512顺着电池模组前后端方向设置也就是纵向支撑条512按照电池模组前后端朝向方向f设置。横向支撑条511则横跨各个电芯串200端部的电芯21。汇集接口52连接于横向支撑条511。端子接头513设置在横向支撑条511和纵向支撑条512上。电芯21上的单芯采集板22的电压检测端子222和温度检测端子223分别对应一个端子接头513并插接相连。各个端子接头513和汇集接口52电相连。

偶数个电芯串200按顺序依次沿着垂直于电池模组前后端朝向方向f的方向排列成电芯阵列102。电芯串200的两端同时也是电芯阵列102的两端。电芯阵列102两端的端面由电芯串200两端的端面组合而成。电芯串200两端的端面也就是电芯串200两端末端电芯21的端面。电芯串200按照电池模组前后端朝向方向f布置，使得电芯串200的两端分别位于前端108和后端109，或者，也就是电芯阵列102的两端分别位于前端108和后端109。相邻电芯串200的电极极性朝向相反设置，具体来说，也就是，电芯阵列102端面上的电芯21的极柱211按照正负极交替排列。由此电芯阵列102端面上的电芯21的极柱211通过串接巴片32串接后使得电芯阵列102中所有电芯21串联，形成一个整体串联的电芯组。该电芯组的输出电极位于前端108两侧，更为具体地，两侧最边的电芯串200在前端的电芯21的极柱211为该电芯组的输出电极，两侧最边的电芯串200在前端的电芯21的极柱211连接前端组件103中的输出电极极耳33。以图1的实例为例，该图中的电芯阵列102由6个电芯串200组成，这六个电芯串200按排列顺序依次分别为第一电芯串、第二电芯串、第三电芯串、第四电芯串、第五电芯串、第六电芯串。其中，第一电芯串和第二电芯串的后端端面上的极柱211通过后端组件104中的串接巴片32相串接，第二电芯串和第三电芯串的前端端面上的极柱211通过前端组件103中的串接巴片32相串接，第三电芯串和第四电芯串的后端端面上的极柱211通过后端组件104中的串接巴片32相串接，第四电芯串和第五电芯串的前端端面上的极柱211通过前端组件103中的串接巴片32相串接，第五电芯串和第六电芯串的后端端面上的极柱211通过后端组件104中的串接巴片32相串接，第一电芯串和第六电芯串的前端端面上的极柱211则分别作为该电芯阵列102的输出电极的正负极连接输出电极极耳33。第一电芯串和第六电芯串也就是前述的电芯阵列102两侧最边的电芯串200。

前端巴片架板31，如图10、图11所示，为镂空的板体，设置有与电芯阵列102前端端面上的极柱211对应的极柱孔312。围绕极柱孔312，前端巴片架板31的正面设置有巴片槽311和极耳槽313，背面设置有采集板避让槽314。其中极耳槽313对应两侧最边的两个极柱孔312。中间的偶数个极柱孔312则按两个相邻极柱孔312配置一个巴片槽311设置，使得巴片槽311连通相邻的两个极柱孔312。巴片槽311用于收容串接巴片32。极耳槽313用于收容输出电极极耳33。采集板避让槽314用于收容电芯21端部的单芯采集板22。

参照图5，前端巴片架板31背面紧贴电芯阵列102前端端面。电芯阵列102前端端面上的单芯采集板22收容于采集板避让槽314，电芯阵列102前端端面上的极柱211则穿过极柱孔312，由此使得前端巴片架板31能够与电芯阵列102前端端面紧密贴合。穿过极柱孔312后的极柱211与收容于巴片槽311内的串接巴片32固定相连，或者与收容于极耳槽313的输出电极极耳33固定相连。本实施例中，极柱211与串接巴片32之间采用焊接相连，输出电极极耳33与极柱211之间采用焊接相连。

前端绝缘板34设置于前端内侧板35和前端巴片架板31之间，并与前端内侧板35和前端巴片架板31紧贴。前端内侧板35设置于前端绝缘板34和前端端板36之间，并与前端绝缘板34和前端端板36相紧贴。前端绝缘板34、前端内侧板35和前端端板36均为板体结构。其中，前端绝缘板34上设置有极耳孔341。前端端板36上设置有极耳支撑件37。具体来说，前端端板36是一个具有一定厚度的板体，沿着板体方向镂空。前端端板36的顶部设置两侧有支撑件槽361，支撑件槽361内设置有极耳座插孔362。极耳支撑件37包括极耳支撑槽371和极耳座插372。极耳支撑槽371设于极耳座插372上。通过极耳座插372插入极耳座插孔362使得极耳支撑槽371被收容于支撑件槽361内，并使得极耳支撑件37与前端端板36相固定。输出电极极耳33为折弯的巴片，一端收容于前端巴片架板31的极耳槽313内并与极柱211相固定，另一端穿过前端绝缘板34的极耳孔341后收容于极耳支撑件37的极耳支撑槽371内。前端端板36与囗形板框101固定相连。具体来说，侧板12两端具有长度大于顶板11和底板13的侧板端部延长部121。前端端板36的两个前端端板侧面363卡在两块侧板12前端的侧板端部延长部121之间，并与侧板端部延长部121焊接相连。

参照图6，后端巴片架板41的结构与前端巴片架板31的结构类似，所不同的是后端巴片架板41不具备极耳槽，故本说明书不在赘述后端巴片架板41的具体结构。电芯阵列102前端端面上的极柱211则穿过后端巴片架板41上的极柱孔后与收容于后端巴片架板41上的巴片槽内的串接巴片32固定相连。后端绝缘板42设置于后端内侧板43和后端巴片架板41之间，并与后端内侧板43和后端巴片架板41紧贴。后端内侧板43设置于后端绝缘板42和后端端板44之间，并与后端绝缘板42和后端端板44相紧贴。后端绝缘板42、后端内侧板43和后端端板44均为板体结构。后端端板44与囗形板框101固定相连。具体来说，后端端板44的两个后端端板侧面443卡在两块侧板12后端的侧板端部延长部121之间，并与侧板端部延长部121焊接相连。后端端板44是一个具有一定厚度的板体，沿着板体方向镂空。后端端板44的顶端设置有接口架53。接口架53包括接口架台面板531和接口架座插532。接口架座插532设于接口架台面板531的下方。通过接口架座插532插入后端端板44上的接口架座插孔441，使得接口架台面板531设置在后端端板44上并与后端端板44相固定。汇集接口52设置在接口架53的接口架台面板531上。

综合前述，本实用新型电池模组前端的结构和后端的结构相类似，所不同的是前端设置有作为输出电极的极耳，而后端的结构则设置有汇集接口。汇集接口是单芯采集板22上的电压检测端子222和温度检测端子223的汇集，相比于输出电极，该接口为低压，而输出电极为高压，因此，电池模组前端也称为高压端，后端也称为低压端。也就是本实用新型电池模组的高压端和低压端分别位于电池模组两端，从而实现低压和高压的分离。

此外，本实施例中，电芯21采用绝缘包装。具体来说，参照图3、图4和图7，电芯21在串接成电芯串200前在电芯21除了极柱211部分之外的表面铺设有一层绝缘膜213，并在电芯21两端设置电芯护架23。绝缘膜213通常采用pet或者pi材料。pet也就是涤纶树脂，pi也就是聚酰亚胺。电芯护架23，参照图12，包括相连的端面托板231、侧面托板232、顶面托板233、底面托板234。端面托板231为镂空的板体，其镂空包括极柱采集板避让孔235。端面托板231紧贴电芯21两端的端面，电芯21两端端面上的极柱211和单芯采集板222则穿过极柱采集板避让孔235。侧面托板232、顶面托板233和底面托板234则分别紧贴电芯21的侧面、顶面和底面，由此，电芯护架23将电芯21架空，使得电芯21与囗形板框101的四面板体之间绝缘隔离。

进一步，电芯阵列102的下方还设置有导热层15。参照图4，本实施例中，导热层15为铝或铜制成的板体。电芯阵列102各个电芯21的底部通过导热绝缘结构胶151设置在导热层15上。由此，当电芯21温度过高时，可以通过导热绝缘结构胶151和导热层15进行散热；当电芯21温度过低时，可以通过对电池模组加热，加热的热量经导热绝缘结构胶151和导热层15传递至电芯21。本领域技术人员理解，作为导热功能的导热层15也可以直接使用导热绝缘结构胶。

进一步，电芯阵列102各个电芯21顶面正极端21p设置有防爆阀212。囗形板框101的顶板11上设置有若干爆开孔14。爆开孔14的位置与各个电芯21的防爆阀212位置相对应，使得各个电芯21上的防爆阀212正对其对应的爆开孔14。由此，当电芯21过充电、过放电等异常操作或者过热引起电芯内部产生气体或气体受热膨胀致使防爆阀212爆开后，热量经汇集支撑架16的镂空孔后通过爆开孔14释放。

进一步，电芯串200的电芯21与相邻电芯串200的电芯21之间设置有缓冲垫29。缓冲垫29通过结构胶与电芯21的侧面粘合。采集汇集架51的横向支撑条511在缓冲垫29上方对应的位置设置有相应的缓冲凸桥514。缓冲凸桥514是横向支撑条511上的向上凸起部。

进一步，端子接头513与电压检测端子222，或者与温度检测端子223之间设置有卡扣机构，并通过卡扣机构实现插接防松。图13显示了端子接头513与电压检测端子222、温度检测端子223之间插接示例。如图13所示，电压检测端子222和温度检测端子223包括端子壳61以及设置在端子壳61内的接插针62。其中，电压检测端子222的端子壳61内设置有一根接插针62；温度检测端子223的端子壳61内设置有两根相分离的接插针62，参照图13中虚线所示的接插针。端子壳61呈方形，并设有顶端开口的插头容纳腔63。接插针62收容于插头容纳腔63内，并竖直设置。端子壳61的侧板设置有搭扣口64。端子接头513包括插头主体91和弹簧板92。插头主体91为方形结构。弹簧板92有两个。两个弹簧板92分别设置于插头主体91两侧向背的侧面。弹簧板92上设置有搭扣凸93。当端子接头513的插头主体91插入插头容纳腔62时，弹簧板92向内收缩，并依赖弹簧板92自身的弹性，使得弹簧板92上的搭扣凸93卡入搭扣口64。前述的卡扣机构由搭扣口64、弹簧板92和搭扣凸93所组成。

此外，进一步，参照图7和图14，电芯21的极柱211上设置有极柱槽2111。串接巴片32上设置有卡位凸条321。卡位凸条32是由串接巴片折弯后所形成的凸出的凸条。卡位凸条32卡在极柱槽2111内。

此外，进一步，前端端板36两侧分别设置有前端安装孔364，后端端板44两侧分别设置有后端安装孔444。由此电池模组可以通过前端安装孔364和后端安装孔444设置螺栓实现与电池包箱体的固定连接。

此外，还需要指出的是，本实施例中，每个电芯串200所串接的电芯21为两个，本领域技术人员理解，实际应用中，每个电芯串200亦可以由三个、四个或者五个电芯串接而成。

此外，还需要指出的是，本实施例中，电芯21负极端所设置的单芯采集板22上的电压检测端子222仅仅应用连接电芯21的负极端极柱211的连接接口，而测量电芯21需要连接电芯21的正负极。为此，本实施例中，在电池模组各电芯21串接而成的总正极端电芯端面也设置有单芯采集板22，该单芯采集板22仅用于连接电压检测端子222。总正极端电芯端面也就是电池模组输出电极的正极所连接的输出电极极耳33所连接的电芯21的正极端端面。由此，电池模组输出电极的正极所连接的输出电极极耳33所连接的电芯21的电压检测，通过检测该电芯21的正负极的极柱211所连接的电压检测端子222之间的电压实现；其他电芯21的电压检测通过检测两个相互串接的电芯21负极端极柱21所连接的电压检测端子222之间的电压实现。