一种电池组均衡加压设备、电池组制备方法及电池模组与流程

1.本发明涉及新能源动力电池领域，尤其涉及一种电池组均衡加压设备、电池组制备方法及电池模组。


背景技术：

2.纯电动汽车车载动力电池包的成组应用领域，正在向高能量密度、整体快速成组（包）的 ctp（cell to pack）技术方向发展。行业标准的圆柱形动力电池的单体尺寸，正在从21700（直径 21mm，高度 70mm）向 46800（直径 46mm，高度 80mm）扩展。提升从单体圆柱形电池到电池包的成组过程中各种电连接操作的便捷性、可靠性，是ctp技术着重要解决的关键问题。在对单体圆柱形电池ctp成排、成组的过程中，针对单体圆柱形电池的侧面壳体为电池的两极中的一极的特点，技术上通常会通过在侧面壳体上电连接接电桥，再连接到相邻电池的顶部的异性另一极或相邻电池侧面壳体的同性一极，来实现单体电池间的串并联。接电桥与侧面壳体间，通常通过冷焊压接胶粘工艺，来实现众多的侧向电连接点的整体电联通，因此，需要对电池排的两端向内进行加压，以实现接电桥与圆柱形电池侧面壳体间的紧固连接和接触电阻最小化。但由于不同的单体圆柱形电池直径存在公差，造成电池排的长度也存在累计公差。若对平行排列的多个电池排采用同一平面端部整体加压方式，则无法保证各个电池排间的受压相同，使得排间继而影响排与排的内部电连接点的接触电阻出现较大差异，不利于精密均衡成组。进一步地，目前在电池ctp成组过程中，需要对电池排或模组再电池箱外加压、固封后再放入电池箱内，步骤繁琐，生产效率低。
3.因此，如何实现单体圆柱形电池直接入箱并在在电池箱内通过对各排均衡的侧向施压来实现众多侧向电连接点间整体均衡电连接以及箱内直接电池包结构固封，成为了目前业内亟需攻关解决的技术问题。


技术实现要素：

4.本发明公开了一种电池组均衡加压设备、电池组制备方法及电池模组，旨在解决现有技术中存在的技术问题。
5.本发明采用了下述技术方案：一方面，本发明提供了一种电池组均衡加压设备，包括框架部和加压部；框架部用于容纳由多个直立的单体圆柱形电池纵向和横向排列而成的电池阵列，电池阵列包括n个平行排放的纵向电池列，n≥2；框架部包括四周合围的挡板，挡板的高度不小于单体圆柱形电池高度相适配的一半；加压部至少设置于挡板与电池阵列的一侧边之间，加压部朝向电池阵列一侧的表面为加压面，加压面包括柔性材料，加压面包括述加压面包括n个匹配面，每个匹配面用于给对应的纵向电池列施加压力；加压部具有贯通的内部，加压部能够随着流体注入其内部而增压膨胀，使得加压部的n个匹配面自适应地分别抵接并对n个纵向电池列施压，且n个匹配面施加于对应纵向电池列的压力相同。
6.作为优选的技术方案，匹配面的高度不小于单体圆柱形电池侧面壳体极柱高度的一半。
7.作为优选的技术方案，在n个匹配面具有不同膨胀前移长度的情况下，n个匹配面施加于对应纵向电池列的压力相同。
8.作为优选的技术方案，加压面贴合于首行横向电池行中所有单体圆柱形电池的壳体极柱。
9.作为优选的技术方案，匹配面为与单体圆柱形电池壳体极柱匹配的柱面。
10.作为优选的技术方案，匹配面具有刚性的接触面。
11.作为优选的技术方案，位于挡板的同一侧设有多个联动的加压部，多个联动的加压部的加压面，分别并排对应贴合首行横向电池行中的部分单体圆柱形电池的壳体极柱，所有加压面不重叠地覆盖首行横向电池行中的所有单体圆柱形电池的壳体极柱；多个联动的加压部内的压力相等。
12.作为优选的技术方案，框架部包括由挡板合围而成的封闭稳定的矩形框架。
13.作为优选的技术方案，挡板的内侧面设有具备弹性的抗震阻燃绝缘材料。
14.作为优选的技术方案，框架部为电池组的壳体，或者框架部为电池组壳体的一部分。
15.作为优选的技术方案，电池组壳体中包括多个相同的框架部。
16.作为优选的技术方案，加压部包括能够膨胀的气囊或液囊。
17.作为优选的技术方案，加压部具有流体通道。
18.作为优选的技术方案，加压部包括能够为纵向电池列加压的第一加压部以及能够为横向电池行加压的第二加压部。
19.作为优选的技术方案，在电池阵列中，纵向电池列之间串联电连接；横向电池行之间并联电连接。
20.作为优选的技术方案，第一加压部的压力阈值大于第二加压部的压力阈值。
21.作为优选的技术方案，加压设备还包括压力控制单元，压力控制单元包括压力侦测模块、施压模块；压力控制单元与加压部相连，用于控制向加压部内灌注流体的体积、速率和压力；施压模块受制于设定的压力阈值，压力侦测模块侦测到加压部内压力达到压力阈值，施压模块即停止向加压部施压，用于保证多批次的电池阵列加压的一致性。
22.作为优选的技术方案，加压设备还包括压力显示单元，压力显示单元分别与压力控制单元及加压部相连，用于显示加压部向电池阵列提供的压力。
23.另一方面，本发明提供了一种利用上述电池加压设备制备电池组的方法，包括：将若干单体圆柱形电池依次放入加压设备的框架部内，形成矩形的电池阵列；电池阵列内相邻单体圆柱形电池的侧面壳体极柱间设置结构胶，和/或接电桥，和/或冷焊胶，和/或绝缘连接件；将加压部置入框架部内；加压部内注入流体；加压部沿电池阵列中纵向电池列和/或横向电池行的长度方向加压，挤紧电池阵列；控制加压部使其对不同纵向电池列和/或横向电池行的压力达到相应的预设值；
对加压部泄压并取出，得到电池组。
24.作为优选的技术方案，纵向电池列为串联电池排；横向电池行为并联电池排。
25.作为优选的技术方案，在对电池组加压后，相互挤紧单体圆柱形电池间设置的结构胶并整体固化；对接电桥和/或冷焊胶进行固化。
26.作为优选的技术方案，纵向电池列包括若干绝缘连接部，用于单体圆柱形电池间和/或电连接件之间的绝缘，以及将错位排列的所述纵向电池列的端部补齐。
27.作为优选的技术方案，框架部与电池阵列组合为电池模组；或者，m个框架部与m个电池阵列合为电池模组，m≥2。
28.另一方面，本发明还提供了一种利用上述方法所生产的电池模组，该电池模组包括至少一个框架部及电池阵列的组合。
29.本发明采用的技术方案能够达到以下有益效果：本发明一方面提供了一种电池组均衡加压设备，其主要结构包括用于容纳电池阵列的框架部及用于为电池阵列加压的加压部，加压部优选为能够膨胀的气囊或液囊，能够随着流体的注入，柔性贴合于电池阵列一侧的每个单体圆柱形电池的侧部，并均衡加压，以保证排间接电桥与单体圆柱形电池间的压力相同，为组内单体圆柱形电池间带来更高的电连接稳定性，更好的接触电阻一致性。本发明另一方面提供了一种电池组的制备方法，利用上述加压设备，能够使得单体圆柱形电池在加压设备的框架部内即可高效完成电连接与安装，以提高生产效率。
附图说明
30.为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，构成本发明的一部分，本发明的示意性实施例及其说明解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。在附图中：图1为本发明实施例1公开的电池组均衡加压设备的结构示意图；图2为本发明实施例1公开的电池组均衡加压设备的俯视图；图3为图2的b-b向剖视图；图4为本发明实施例1公开的第一加压部的结构示意图；附图标记说明：框架部10；加压部20，第一加压部21，第二加压部22；单体圆柱形电池30，顶部极柱31；接电桥40；汇流排50；结构胶60。
具体实施方式
31.为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明具体实施例及相应的附图对本发明技术方案进行清楚、完整地描述。在本发明的描述中，需要说明的是，术语“或”通常是以包括“和/或”的含义而进行使用的，除非内容另外明确指出外。
32.在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本
发明中的具体含义。另外，在本技术的描述中，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。
33.显然，所描述的实施例仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
34.为解决现有技术中存在的问题，本具体实施方式部分提供了一种电池组均衡加压设备，包括框架部10和至少一个加压部20；框架部10用于容纳由多个直立的单体圆柱形电池30纵向和横向排列而成的电池阵列，电池阵列包括n个平行排放的纵向电池列，n≥2；框架部10包括四周合围的挡板，挡板的高度不小于单体圆柱形电池30高度的一半；加压部20至少设置于挡板与电池阵列一侧边之间，加压部20面向电池阵列的一侧的表面为加压面，加压面包括柔性材料，加压面包括n个匹配面，每个匹配面用于给对应的纵向电池列施加压力；加压部具有贯通的内部，加压部能够随着流体注入其内部而增压膨胀，使得加压部的n个匹配面自适应地分别抵接并对n个纵向电池列施压，且n个匹配面施加于对应纵向电池列的压力相同。
35.实施例1本实例1提供了一种电池组均衡加压设备，用于将单体圆柱形电池30制备为排内串联且排间并联的ctp模组，特别适用于新能源车辆动力电池单元的制备过程，且同样适用于低速电动车、电动自行车及其他储能产品中。
36.本实施例中单体圆柱形电池30为高能量密度的动力电池，可以选自于18650电池、21700电池、46800电池等，但不局限于此。
37.如图1-图4所示，本实施例中的电池组均衡加压设备不包含图中所示的单体圆柱形电池30，而单独作为用于使单体圆柱形电池30成组的结构而提供。
38.本实施例提供了一种电池组均衡加压设备，包括用框架部10及加压部20，框架部10内能够容纳由多个直立的单体圆柱形电池30纵向和横向排列而成的电池阵列，加压部20用于为电池阵列加压；如图1所示，加压部20及电池阵列均设置于框架部10内，加压部20能够膨胀，其设置于挡板与电池阵列的一侧边之间。当加压部20完成加压并从框架部10中撤出后，框架部10及电池阵列（及电池阵列中的电连接件）即组成电池组，此时框架部10为电池组的壳体或电池组壳体的一部分；优选地，电池组壳体中包括多个相同的框架部。
39.在一种实施方式中，框架部10包括由四周合围的挡板及底板共同组成的封闭稳定的矩形框架，其尺寸与膨胀后的加压部20及电池阵列的体积相适配，优选地，挡板的高度不小于单体圆柱形电池30高度的一半。在图1中提供了一种5x5的电池阵列，本领域技术人员应当理解的是，电池组也可以为4x4阵列、6x4阵列、8x4阵列、10x4阵列、8x20阵列、8x40阵列等等，具体数量可以根据实际生产需要自由调整，本实施例对电池阵列的横向和纵向的扩展均不做限制。为方便解释说明，参考图2，在图2中，竖向表示的为实施例中所述的横向电池行，横向表示的为实施例中所述的纵向电池列。优选地，电池阵列中具有n个平行排放的纵向电池列，且n≥2。
40.框架部10的底板和挡板均由绝缘材料制成，优选地，挡板内侧面设有具备一定弹性的绝缘材料，能够提供一定的缓冲，避免加压部20膨胀时单体圆柱形电池30的侧部因压强过大而变形，同时可以保证位于相同横向电池行中的单体圆柱形电池30侧部间的绝缘。
41.在一种实施方式中，加压部20仅设置为一个，其面向电池阵列一侧的表面为加压面，可选地，加压面为柔性绝缘材料，加压部20中设有贯通的内部，加压部20能够随着流体的注入而膨胀，柔性贴合于电池阵列一侧的每个单体圆柱形电池30的侧部，并均衡加压；可选地，加压面为刚性接触面，以准确定位每列电池的具体位置。优选地，加压面贴合于首列横向电池行中所有单体圆柱形电池30的壳体极柱，优选地，横向电池行中各个单体圆柱形电池30之间并联连接，而纵向电池列中各个电池之间串联连接；加压面与横向电池行贴合并加压，实际上是为串联电池排进行加压，以保证排间电池接电桥40与单体圆柱形电池30间的压力相同，为组内单体圆柱形电池30间带来更高的电连接稳定性，更好的接触电阻一致性，并在电池成组后输出均衡的电流。
42.优选地，加压面包括n个匹配面，每个匹配面分别用于给对应的纵向电池列施加压力；匹配面是与单体圆柱形电池30的壳体极柱相匹配的柱面，以保证对电池阵列均衡加压；优选地，在n个匹配面具有不同膨胀前移长度的情况下，n个匹配面施加于对应纵向电池列的压力相同。优选地，为了保证匹配面能够对纵向电池列均衡加压，其高度不小于单体圆柱形电池30高度的一半。
43.本领域技术人员应理解，当选择不同规格、不同数量的单体圆柱形电池30构成阵列时，匹配面的曲度及数量也会随之发生改变，具体可以根据实际生产需要自由调整，本实施例对其不做限制。
44.在另一种实施方式中，加压部20设置为一组：位于挡板的同一侧设有多个联动的加压部20，每个加压部20的加压面都至少设有一个与单体圆柱形电池30壳体极柱的曲度相适配的匹配面，多个联动加压部20的加压面，分别并排对应贴合首行横向电池行中的部分单体圆柱形电池30的壳体极柱，所有加压面不重叠地覆盖首行横向电池行中的所有单体圆柱形电池30的壳体极柱。
45.在其他的实施方式中，加压部20设置两组，其加压面分别面贴合于首行横向电池行行及首列纵向电池列中所有单体圆柱形电池30的侧部，其中，贴合于首行横向电池行的一侧，并向纵向电池列加压的为第一加压部21，而贴合于首列纵向电池列的一侧，并向横向电池行加压的为第二加压部22，第二加压部22可不设置弧形的匹配面；可选地，第一加压部21与第二加压部22可均设置一个，也可均设置为一组，或二者组合；优选地，第一加压部21施压的纵向电池列之间串联电连接，第二加压部22施压的横向电池行之间并联电连接；由于串联电池排中电流较大，而并联电池排中电流较小，因此更优选地，第一加压部21的压力阈值大于第二加压部22的压力阈值，以首先保证串联电池排中各个单体圆柱形电池30间接触电阻的一致性。
46.在一种实施方式中，加压部20为能够膨胀的气囊，其设有流体通道，可以向内灌注加压气体并使其膨胀，优选地，加压气体为空气或惰性气体，以保证膨胀过程中的安全性。
47.在另一种实施方式中，加压部20为能够膨胀的液囊，其亦设有流体通道，可以向其中灌注不易燃爆、常温加压不易固化的加压液体，优选地，加压液体为水或液压油。
48.优选地，加压部20还连接有压力显示单元及压力控制单元，其中压力显示单元用于显示加压部20向电池阵列所提供的压力，压力控制单元用于调节加压部20向电池阵列所提供的压力。
49.优选地，压力控制单元包括压力侦测模块及施压模块；压力控制单元与加压部20
相连，用于控制向加压部20内灌注流体的体积、速率和压力；施压模块受制于设定的压力阈值，压力侦测模块侦测到加压部20内压力达到压力阈值，施压模块即停止向加压部20施压，用于保证多批次的电池阵列加压的一致性。
50.实施例2参考图1-图4，本实施例提供了一种利用实施例1所述的电池组均衡加压设备制造电池组的方法，包括：1、将若干单体圆柱形电池30依次放入加压设备的框架部10内，形成矩形的电池阵列；提供数个直立的单体圆柱形电池30，在框架部10的底板设置结构胶60，以框架部10的一角为起点，紧靠挡板依次放入单体圆柱形电池30，并排列为电池阵列；2、电池阵列内相邻单体圆柱形电池的侧面壳体极柱间设置结构胶60，和/或接电桥40，和/或冷焊胶，和/或绝缘连接件；相邻单体圆柱形电池30的顶部极柱31与壳体极柱之间通过冷焊工艺实现串联连接；本领域技术人员应理解，冷焊工艺的电连接结构的统称，包括设置在相邻单体圆柱形电池30的顶部极柱31与壳体极柱间的冷焊胶，和/或，接电桥40；优选地，冷焊胶为可常温固化的导电胶；优选地，接电桥40为导电材料制成；所述冷焊胶用于增大电连接接触面积，固化后用于稳定电连接点的电通量；优选地，接电桥40为片状金属折弯后制成，在接电桥40与壳体极柱的接触面涂覆导电胶；优选地，相邻单体圆柱形电池30间固化有结构胶60，保持串联电连接稳定可靠，以及串联电池排结构的稳定可靠；结构胶60为绝缘材料制成，可为单体圆柱形电池30的侧面壳体之间制造空隙，保持相邻单体圆柱形电池30的侧面壳体间平行，并在加压部20膨胀时提供一定的缓冲作用；优选地，电池阵列内纵向电池列为串联连接，横向电池行为并联连接，且横向电池行内各个单体圆柱形电池30之间通过汇流排50完成并联电连接；优选地，纵向电池列包括若干绝缘连接部，用于单体圆柱形电池30间和/或电连接件之间的绝缘，以及将错位排列的所述纵向电池列的端部补齐。
51.3、将加压部20置入框架部内；在一种实施方式中，仅设有第一加压部21，用于为串联连接的电池排沿其长度方向加压；在另一种实施方式中，设有第一加压部21及第二加压部22，分别用于排内串联、排间并联的电池阵列加压；4、加压部20内注入流体；如实施例1中所述，加压部20为气囊或液囊，因此根据加压部20的实际类型注入相应的加压气体或加压液体；5、加压部20沿电池阵列中串联电池排和/或并联电池排的长度方向加压，挤紧电池阵列；优选的，第一加压部21的压力阈值大于第二加压部22的压力阈值，由于纵向电池列为串联电路方向，要求接触电阻最小化，而压力与接触电阻成反比，因此适当增大第一加压部21的压力值；6、控制加压部20使其对不同纵向电池列和/或横向电池行的压力达到相应的预设
值；通过压力控制单元，调节向加压部20内灌注流体的体积、速率和压力，并检测加压部20内压力是否达到压力预设值，若达到预设值，则停止向加压部20施压，用于保证多批次的电池阵列加压的一致性，进一步保证每个接电桥40和/或冷焊胶与相邻单体圆柱形电池30间的压力相同，电阻一致，此时挤紧单体圆柱形电池30间的结构胶60并固化，对接电桥40和/或冷焊胶和/或绝缘结构件亦进行固化；7、对加压部20泄压并取出，得到电池组；此时框架部10与电池阵列组合即为电池模组；或者，m个框架部10与m个电池阵列组合为电池模组。
52.通过本实施例中所述的制备电池组的工艺，能够达到以下技术效果：1、单体圆柱形电池入箱，电池间的串并联在箱内操作且整体实施；电池阵列内部的结构一体化和同时固定在箱底的动作一次完成；电池阵列内包含的多个电池排排内串联，排间并联，通过加压部的膨胀，为组内单体圆柱形电池均衡加压，保证了组内单体圆柱形电池间众多电连接点更高的电连接稳定性和更好的接触电阻一致性，在电池成组后可以保证单体圆柱形电池均衡供电；2、利用上述加压设备，能够使得单体圆柱形电池在加压设备的框架部内即可高效完成电连接与安装，以提高生产效率。
53.3、利用上述方法，框架部与电池阵列组合为电池模组以供新能源车辆使用。
54.实施例3本实施例提供了一种利用实施例1所述的设备制造电池组或利用实施例2所述的方法所制造的电池模组。
55.如上述实施例2中所述，电池模组包括框架部10与电池阵列（及其内部电连接件及绝缘件）的组合；优选的，电池模组中包括若干框架部10与电池阵列的组合。
56.上面结合附图对本发明的实施例进行了描述，但是本发明并不局限于上述的具体实施方式，上述的具体实施方式仅仅是示意性的，而不是限制性的，本领域的普通技术人员在本发明的启示下，在不脱离本发明宗旨和权利要求所保护的范围情况下，还可做出很多形式，均属于本发明的保护之内。