一种电池模组、电池包以及用电设备的制作方法

1.本实用新型涉及电池技术领域，特别涉及一种电池模组、电池包以及用电设备。


背景技术：

2.目前，新能源汽车对电芯容量的要求越来越高。因此，在有限的安装空间内部应当尽可能多地排布电池电芯。如何保证电池模组提升后的温度在电池电芯的工作范围之内，成为电池行业的难题之一。
3.为了有效降低电池模组提升后的温度，常用的方式是在电池电芯的底部设置冷却结构。但是，电池模组在快充、急加速或急减速等高倍率充放电工况下，电池模组过流铝巴将产生大量热量。因此，仅在电池模组底部采用冷却散热模块，无法快速带走模组过流铝巴所产生的热量。此外，热量通过电芯极柱传导至卷芯也存在安全隐患，电芯性能的发挥也受到限制。再者，单一模组底部集成冷却模块，导致模组纵向温差较大。因此，目前亟需一种针对电池模组散热问题的解决方案。


技术实现要素：

4.本实用新型的目的在于至少解决现有技术中存在的技术问题之一，提供一种电池模组、电池包以及用电设备。
5.根据本实用新型的第一方面实施例，提供了一种电池模组。所述电池模组包括电芯模块和冷却模块，电芯模块包括壳体和设置在所述壳体内的电芯组，冷却模块包括上冷却结构、下冷却结构以及连接管，所述上冷却结构设置在所述电芯组顶部，所述下冷却结构设置在所述电芯组底部，所述连接管一端与所述上冷却结构可拆卸连接，所述连接管另一端与所述下冷却结构可拆卸连接，所述上冷却结构、所述下冷却结构以及所述连接管形成冷却循环系统。
6.本实用新型第一方面实施例至少具有如下有益效果：冷却模块包括设置在电芯模块顶部的上冷却结构、设置在电芯模块底部的下冷却结构以及连接管，上冷却结构、下冷却结构和连接管形成冷却循环系统，从而能够有效地带走模组在高倍率、快充、急加速或急减速等恶劣工况急速产生的热量，进而提高电芯性能的发挥和安全性。在相同过流面积下，铝巴极限载流能力得到提升，甚至铝巴过流面积被减小，从而达到减重的作用，并且降低了电池模组纵向温差。
7.根据本实用新型第一方面实施例所述的电池模组，所述壳体包括两个侧板和两个端板，两所述侧板和两所述端板围合形成用于安装电芯组的内腔，所述连接管穿过所述端板与所述下冷却结构可拆卸连接。
8.根据本实用新型第一方面实施例所述的电池模组，两个所述端板沿高度方向设置有至少一个穿孔，所述连接管能够穿过所述穿孔与所述下冷却结构连接。
9.根据本实用新型第一方面实施例所述的电池模组，所述连接管与所述下冷却结构卡扣连接。
10.根据本实用新型第一方面实施例所述的电池模组，所述冷却模块还包括有锁止件，所述锁止件可旋转复位地设置在所述连接管上；在所述锁止件被旋转的状态下，所述连接管和所述锁止件能够通过所述穿孔；在所述锁止件被复位的状态下，能够使得所述连接管锁止固定。
11.根据本实用新型第一方面实施例所述的电池模组，所述电芯组包括汇流排、支架以及多个纵向并列设置的电芯，各所述电芯的电极端朝向所述壳体上端设置，所述汇流排连接各所述电芯的电极端，所述支架设置在电芯组顶部，所述支架与所述上冷却结构通过紧固件连接。
12.根据本实用新型第一方面实施例所述的电池模组，所述电池模组还包括导热垫，所述导热垫压合设置在所述上冷却结构和所述汇流排之间形成热交换界面。
13.根据本实用新型第一方面实施例所述的电池模组，所述上冷却结构包括第一冷却板，所述第一冷却板中空设置形成有第一冷却流道，所述第一冷却板上设置有至少一个防爆阀避让孔。
14.根据本实用新型第一方面实施例所述的电池模组，所述下冷却结构包括有第二冷却板，所述第二冷却板中空设置形成有第二冷却流道，所述第二冷却板上设置有进水口与出水口。
15.根据本实用新型的第二方面实施例，提供了一种电池包。所述电池包包括本实用新型第一方面任一实施例所述的电池模组。
16.根据本实用新型的第三方面实施例，提供了一种用电设备。所述用电设备包括本实用新型第一方面任一实施例所述的电池模组。
17.不难理解，本实用新型第二方面实施例中的电池包以及第三方面实施例中的用电设备，均具有如前所述第一方面实施例中的电池模组的技术效果，因而不再赘述。
18.本实用新型的附加方面和优点将在下面的描述中部分给出，部分将从下面的描述中变得明显，或通过本实用新型的实践了解到。
附图说明
19.下面结合附图和实施例对本实用新型进一步地说明；
20.图1为本实用新型实施例中的电池模组整体示意图；
21.图2为本实用新型实施例中的电池模组分解示意图；
22.图3为本实用新型实施例中的冷却模块示意图；
23.图4为本实用新型实施例中的冷却模块示意图(省略上冷却结构)；
24.图5为本实用新型实施例中的端板以及连接管两者的结构示意图；
25.图6为本实用新型实施例中的上冷却结构正面示意图；
26.图7为图6的a-a剖视图；
27.图8为本实用新型实施例中的上冷却结构反面示意图；
28.图9为本实用新型实施例中的下冷却结构正面示意图；
29.图10为本实用新型实施例中的下冷却结构反面示意图；
30.图11为本实用新型实施例中的连接管以及锁止件两者的结构示意图；
31.图12为本实用新型实施例中的端板结构示意图。
具体实施方式
32.本部分将详细描述本实用新型的具体实施例，本实用新型之较佳实施例在附图中示出，附图的作用在于用图形补充说明书文字部分的描述，使人能够直观地、形象地理解本实用新型的每个技术特征和整体技术方案，但其不能理解为对本实用新型保护范围的限制。
33.在本实用新型的描述中，需要理解的是，涉及到方位描述，例如“上”、“下”、“前”、“后”、“左”或“右”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。
34.在本实用新型的描述中，“若干”含义是一个或者多个，“多个”的含义是至少两个，“大于”、“小于”或“超过”等理解为不包括本数，“以上”、“以下”或“以内”等理解为包括本数。如果有描述到“第一”或“第二”仅是用于区分技术特征为目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量或者隐含指明所指示的技术特征的先后关系。
35.本实用新型的描述中，除非另有明确的限定，“设置”、“安装”或“连接”等词语应做广义理解，所属技术领域技术人员可以结合技术方案的具体内容合理确定上述词语在本实用新型中的具体含义。
36.本实用新型第一方面实施例提供了一种电池模组。如图1和图2所示，该电池模组包括：电芯模块100和冷却模块200。电芯模块100包括壳体110和设置在壳体110内的电芯组120，冷却模块200包括上冷却结构210、下冷却结构220以及连接管230，上冷却结构210设置在电芯组120顶部，下冷却结构220设置在电芯组120底部，连接管230一端与上冷却结构210可拆卸连接，连接管230另一端与下冷却结构220可拆卸连接，上冷却结构210、下冷却结构220以及连接管230形成冷却循环系统。
37.上冷却结构210、下冷却结构220以及连接管230形成冷却循环系统，冷媒介质在冷却循环系统流动，能够有效地带走电池模组过流铝巴在高倍率放电、快充、急加速或急减速等恶劣工况下急速产生的大量热量，从而提高电芯模块100的电性能的发挥和安全性。在相同过流面积下，该电池模组能够提升铝巴极限载流能力甚至减小铝巴过流截面积，从而达到减重的效果。上冷却结构210设置在电芯模块100的顶端，下冷却结构220设置在电芯模块100的底端，还可以降低电池模组的纵向温差，提高电池模组的性能。
38.参照图2，壳体110包括两个侧板111和两个端板112，两个侧板111和两个端板112围合形成用于安装电芯组120的内腔。连接管230穿过端板112与下冷却结构220可拆卸连接。具体地，两个侧板111间隔正对设置，两个端板112连接两个侧板111的同一侧的两端，从而使得两个侧板111和两个端板112围合组成内腔。下冷却结构220设置在内腔的底部，下冷却结构220一方面作为电芯模块100的支撑底板，另一方面又起到冷却散热的作用。
39.参照图2，电芯组120包括汇流排121、支架122以及多个纵向并列设置的电芯，沿着侧板111长度方向上相互平行设置，根据用户的需要以及实际需求设置电芯的数量。电芯组120是整个电池模组的能源核心，电芯组120位于端板112和侧板111组成的壳体110内部，电芯的上端朝向上冷却结构210设置。各电芯的电极端朝向壳体110上端设置，汇流排121连接各电芯的电极端，支架122设置在电芯组120顶部，支架122与上冷却结构210通过紧固件123
相连接。
40.具体地，支架122为汇流排塑料支架，支架122可通过螺栓等紧固件固定设置在电芯组120的上端用于支撑固定汇流排121，汇流排121电连接各个电芯，使得多个电芯串联或者并联，组成预设供电电路。在支架122的两端还设置有模组输出端汇流排固定座，汇流排121通过激光焊接与电芯的极耳固定连接。
41.参照图2、图3以及图4，端板112和侧板111通过焊接或者螺纹连接的方式围合形成壳体110。端板112和侧板111围合形成内腔，电芯组120位于内腔内，并且电芯沿着侧板111的长度方向排列设置。端板112通常采用平板结构并将平板结构紧贴电芯组。对电芯组施加较大的预紧力，使得电芯与电芯之间紧密贴合。当电池模组在使用过程中产生的膨胀力全部作用于平板结构的平面时，由于端板本身的刚性较大，仅小部分膨胀力能够被吸收掉，而大部分的膨胀力残留会直接作用于焊缝。当膨胀力超过焊缝强度时，焊缝便会破坏，导致电池模组失效。或者，剩余的膨胀力使端板的螺钉会受到外力作用导致螺钉断裂，从而使电池模组失效。
42.结合图5及图12，描述本实用新型实施例中的端板112。请参阅图5及图12，在一些具体实施例中，两个端板112沿高度方向设置有至少一个穿孔1121，连接管230能够穿过穿孔1121与下冷却结构220连接。穿孔1121沿着端板112的高度方向贯穿端板112。穿孔1121包括三角形、梯形、圆形或方形等各种类型的结构。
43.如图12所示，端板112上的多个穿孔1121是三角斜筋状的穿孔。三角形结构具有稳定性。三角斜筋的使用能够加强端板112的结构强度。连接管230能够穿过其中的一个穿孔1121至端板112的底端，而与下冷却结构220连接。通过端板112约束连接管230，能够节省空间，同时起到保护连接管230保护的作用，避免连接管230被破坏。端板112的顶部还设置有容纳槽，容纳槽可以与汇流排固定座配合，使得汇流排固定座容纳在容纳槽内。
44.端板112靠近电芯组120的一面包括接触边和缓冲凹弧，接触边设置在端板112高度方向的边框上，接触边与电芯组的边缘抵触，缓冲凹弧分布在端板112处接触边之外的空间内，接触边与电芯组120的边框抵接，缓冲凹弧部分与电池模组不接触。当端板112与侧板111配合装配到电芯组120上时，端板112与电芯组120接触面不是完全接触，在电芯组和缓冲凹弧之间有一定的间隙。在电池模组使用过程中，随着各电芯的膨胀变形，电芯组120与缓冲凹弧之间的间隙能够吸收其产生的膨胀力，从而很大程度上减轻了整个电池模组的膨胀力而造成的变形，提升了电池模组的结构强度和可靠性。
45.参照图12，在端板112的厚度方向的两侧边还设置有圆弧结构和倒角结构，圆弧结构和倒角结构为一体式结构，倒角结构是有圆弧结构部分沿着端板112高度方向切除一部分形成的，当侧板111与端板112连接的时候，圆弧结构与侧板111紧密贴合，而倒角结构与侧板111之间存在一定的间隙，从而增大了各电芯之间的电气间隙，进一步提高了电池模组的安全性和可靠性。
46.进一步地，端板112的材料可以为铝、钢或者合金材料。容易理解地，端板112可以通过挤压成型或者机加工工艺成型制造，工艺简单而易于操作。端板112的结构可以是一体化结构，也可以是通过多种材料的复合拼接结构。在具体应用中，应当结合电池模组的应用场景、电池模组的结构参数等数值合理设计端板112的尺寸以及内部结构。
47.参照图11，连接管230一端与上冷却结构210可拆卸连接，连接管230另一端与下冷
却结构220可拆卸连接。具体地，连接管230采用波纹管。波纹管是指用可折叠皱纹片沿折叠伸缩方向连接成的管状弹性敏感元件。波纹管主要包括金属波纹管、波纹膨胀节、波纹换热管、膜片膜盒以及金属软管等。波纹管的一端与上冷却结构210连接，波纹管的另一端与下冷却结构220连接，波纹管的长度可以伸缩设置，便于波纹管的安装。
48.参照图2、图3和图4，其中，连接管230与下冷却结构220卡扣连接。容易理解地，下冷却结构220上设置有快接母插225，端板112的底部设置有与凹槽1122，凹槽1122设置在穿插连接管230的穿孔1121的下端，从而使得快接母插225能够容纳在凹槽内。因此，连接管230从穿孔1121插入至端板112的底端后，能够直接与位于下冷却结构220上的快接母插225对应卡扣固定。
49.参照图5和图11，容易理解地，冷却模块200还包括有上冷却结构210、下冷却结构220、连接管230以及锁止件240。其中，锁止件240可旋转复位地设置在连接管230上。旋转锁止件240，能够使得连接管230和锁止件240能够通过穿孔1121后；复位锁止件240，能够使得连接管230锁止固定。进一步地，锁止件240是一个与安装连接管230的穿孔1121配合的板块。板块与穿孔1121配合正对时，板块可以穿过穿孔1121从端板112的一端到达端板112的另一端。板块安装在连接管230上，板块处于初始状态的时候，板块与穿孔1121发生干涉，板块不能从穿孔1121通过。在初始安装位置时，板块处于初始状态。旋转板块，使得板块位置与穿孔1121正对，从而使得连接管230以及板块可以一起穿过穿孔顶端，并通过至端板112的底端。当连接管230穿过穿孔1121后，松开板块，板块即可回复原位。板块回到初始状态，使得板块与穿孔1121干涉，连接管230保持锁止状态而不能直接从穿孔1121抽出，从而连接管230的安装更加稳定，避免脱出。
50.参照图12，在一些具体实施例中，安装连接管230的穿孔1121为一个半平键型的槽孔，锁止件240为与槽孔形状类似或相同的快插水嘴，快插水嘴通过弹性件安装在连接管230上，快插水嘴初始位置轴线与槽孔轴线形成30
°
夹角。安装快插水嘴的时候，将快插水嘴顺时针旋转旋转30
°
。连接管230穿过端板112后快插水嘴自动回弹旋转至原始状态，从而实现上冷却结构210与下冷却结构220的快速安装连接，简单方便。
51.为了解决电芯组的顶端的散热冷却，本实用新型实施例在电芯组的顶端设置了上冷却结构210。参照图3、图6以及图8，上冷却结构210包括第一冷却板211，第一冷却板211形成有第一冷却流道212，第一冷却板211上设置有防爆阀避让孔213。第一冷却板211还包括第一进液口214和第一出液口215，第一进液口214和第一出液口215设置在第一冷却流道212的两端。第一冷却板211对称设置，第一冷却板211中空设置形成有第一冷却流道212，第一进液口214与连接管230的第一端连接，连接管230的第二端与下冷却结构220连接。第一出液口215与另一根连接管230的第一端连接，另一根连接管230的第二端连接下冷却结构220另一接口。
52.具体地，第一冷却流道212由第一冷却板211和顶板形成管状空腔，管状空腔即为冷媒流道。第一冷却流道212沿着第一冷却板211的长度方向设置。第一冷却板211工作时，冷媒介质充满在第一冷却流道212内，用于散热。
53.参照图6和图7，形成第一冷却流道212的顶板也是沿着第一冷却板211的长度方向设置，顶板的宽度方向可以相对于第一冷却板211的宽度方向倾斜设置。具体地，将第一冷却板211宽度朝向外侧的设为第一方向，顶板的宽度方向与第一方向之间的倾斜设置，其所
形成的夹角的范围为1
°
～2
°
，从而使得顶板的外顶面形成向外侧倾斜的冷凝水导流结构。在第一冷却板211顶面的冷凝水沿着顶板倾斜从两侧流下，避免冷凝水堆积。通过向外倾斜设置的外倾角可以对第一冷却流道212附近的冷凝水做导向从而排出，避免内部堆积造成绝缘失效。
54.在一些实施例中，顶板的宽度方向与第一方向形成的夹角为1.5
°
。第一冷却流道212为回环形，第一冷却流道212围合形成设置在第一冷却板211的表面，第一冷却流道212中间设置有四个防爆阀避让孔213，四个防爆阀避让孔213沿着第一冷却板211的长度方向间隔等距离依次排列设置。第一冷却流道212的宽度方向引出设置有第一进液口214和第一出液口215。防爆阀避让孔213可以在规避单电芯失控的状况下，对模组内其他电芯的影响，提高产品的安全性。
55.参照图9和图10，下冷却结构220包括第二冷却板221，第二冷却板221上设置有第二冷却流道222。第一冷却流道211和第二冷却流道222通过连接管230连接形成冷却循环回路。第二冷却板221上设置有与第二冷却流道222连通的进水口223和出水口224。第二冷却流道222的两端设置有第二进液口226和第二出液口227，第二进液口226和第二出液口227上均设置有快接母插225，并通过快接母插225与连接管230连接，从而实现与第一进液口214和第一出液口215连接。
56.参照图2，在一些实施例中，电池模组还包括导热垫300，导热垫300压合设置在上冷却结构210和汇流排121之间形成热交换界面。优选地，导热垫300采用绝缘导热硅胶制成。导热垫300设置在第一冷却板211的底面上，导热垫300与第一冷却板211形成热交换截面，用于铝板与第一冷却板211之间的热量交换。
57.进一步地，第一冷却板211的周侧设置有多个用于螺栓固定的安装孔，将第一冷却板211安装固定在壳体的顶部，安装快速方便。第一冷却机构210可以有效带走模组过流铝巴在高倍率、快充、急加速或急减速等恶劣工况急速产生的热量，从而有效提高电芯电性能的发挥和安全性。在相同过流面积下，可以提升铝巴极限载流能力甚至减小铝巴过流截面积，从而起到减重的作用。
58.第一冷却板211的顶面和底面均覆盖设置有绝缘涂层用于绝缘防护，并且可以在第一冷却板211的底面的局部位置去除绝缘涂层作为等电势接触面，通过在第一冷却板211的底面预留设置与电池模组的侧板111固定的等电势接触面，规避第一冷却板211与壳体110的电势差，提高产品的安全性能，同时在第一冷却板211上涂覆设置绝缘涂层可以有效防护高压线路，规避短路风险。
59.可以理解地，第二冷却板221成平板状，第二冷却板221上设置有凸起，凸起与第二冷却板221之间形成第二冷却流道222，第二冷却流道222可以沿着第二冷却板221形成蛇形或者s型等结构，增加第二冷却流道222的长度，从而能够加强第二冷却板221的散热效果。具体地，第二冷却流道222弯曲回环设置在第二冷却板221上，并布满第二冷却板221上，这样使得第二冷却流道222呈网络状，扩大了电池模组的接触面积，可以实现均匀散热，提高了电池模组温度一致性，并且整体体积小，制造工艺简单。
60.冷媒介质从进水口223流入到第二冷却流道222内，通过第二冷却流道222流经连接管230进入第一冷却流道，然后通过第一冷却流道的出口端从另一连接管流回到第二冷却流道222，最后通过出水口224流出，形成冷却系统循环，提升了散热效果。
61.冷媒介质在第一冷却板211、第二冷却板221、连接管230、进水口223以及出水口224之间形成循环回路，将电池模组工作过程产生的热量吸收扩散，从而实现了对电池模组底端和顶端的散热。
62.参照图2，导热垫300与电芯模块100顶面紧密接触，可以通过贴附等方式进行固定，导热垫可以优选采用绝缘导热硅胶制成，一方面具有一定的弹性，另一方面还能够达到绝缘的效果。在进行散热工作的时候，冷媒介质从进水口223流入第二冷却流道222并进入第一冷却板211的第一冷却流道212，最后经过出水口224流出。冷媒介质在冷却流道内流动，实现了对电芯模块100的散热。
63.此电池模组包括电芯模块100和冷却模块200。冷却模块200通过上冷却结构210和下冷却结构220以及连接管230形成冷却循环系统，第一冷却板211、汇流排以及导热垫为媒介，通过螺钉紧固压合形成热交换截面，上冷却结构210在压装的过程中，保证了快插水嘴的台阶平切面与第一冷却板211的边缘形成60
°
夹角。在安装上冷却结构210的时候，将快插水嘴顺时针旋转30
°
，穿过端板112后快插水嘴自动回弹旋转角度至原始状态，端板112形成推出锁止状态，然后利用螺钉将第一冷却板211固定在支架上。集成上冷却结构210通过集成在下冷却结构220上的快接母插225实现冷却系统的快速连接，冷却介质由下冷却结构220传输至上冷却结构210，从而实现由上冷却结构快速带走模组高倍率充放电铝巴所产生的热量。
64.根据本实用新型第二方面实施例，提供一种电池包，包括第一方面实施例所述的电池模组。电池包包括箱体和上述的电池模组，电池模组安装于箱体内，箱体用于固定电池模组。电池包具有上述电池模组的优点，能够对电池模组进行更换，散热性能更好，提高产品性能发挥。
65.根据本实用新型第三方面实施例，提供一种用电设备，包括第一方面实施例所述的电池模组。用电设备具有上述电池模组的优点，提升散热性能。不难理解，用电设备可以是交通工具、移动终端、电动玩具或电动工具等。移动终端可以是手机、笔记本电脑、平板电脑或其它便携式电子设备。交通工具可以是车辆、轮船、航空交通工具或航天器。电动工具不限于切削电动工具或研磨电动工具。
66.上面结合附图对本实用新型实施例作了详细说明，但是本实用新型不限于上述实施例，在所述技术领域普通技术人员所具备的知识范围内，还可以在不脱离本实用新型宗旨的前提下作出各种变化。