电池模组、电池包及用电装置的制作方法

1.本技术涉及动力电池领域，具体而言，涉及一种电池模组、电池包及用电装置。


背景技术：

2.在节能减排的大环境下，电池技术因其节能的特性得到了迅速发展，并广泛应用于各类载具上。
3.在这种现有的电池结构设计中，通常采用激光焊接等方式将电芯固定在电池模组中，这种方法虽然牢固可靠，但焊接所产生的焊渣会落入电池模组内部，当电池使用时会存在高压击穿的风险。


技术实现要素：

4.本技术实施例的目的在于提供电池模组、电池包及用电装置，实现提高电池模组安全性的技术效果。
5.第一方面，本技术实施例提供了一种电池模组，包括堆叠设置的多个电芯与汇流件，所述电芯包括第一表面，所述第一表面上设有极柱，汇流件，开设有安装槽，所述汇流件通过所述安装槽滑动连接所述极柱的方式电连接相邻所述电芯。
6.本技术实施例的技术方案，通过在滑动连接的方式将电芯与汇流件连接，避免了焊接工序中产生的焊渣所带来的高压击穿的风险，提高了电池模组的安全性，同时更简化的结构也优化了安装工序、降低了安装难度、提高了安装效率。
7.在一些实施例中，所述极柱上开设有定位槽，所述安装槽内设有定位凸起，所述定位凸起容置于所述定位槽内。
8.在一些实施例中，所述极柱上设有倾斜的过渡面，所述过渡面连接所述定位槽与所述第一表面。
9.在一些实施例中，所述极柱背离所述第一表面的一端设有定位部，所述定位部朝向所述汇流件的一侧为部分椭球体。
10.在一些实施例中，还包括集成板，所述集成板连接所述汇流件。
11.在一些实施例中，还包括液冷板，所述液冷板连接所述集成板，且所述液冷板与所述汇流件分别设于所述集成板的两侧。
12.在一些实施例中，还包括均温板，所述均温板设于相邻所述电芯之间，所述均温板设有支撑脚，所述支撑脚连接所述液冷板。
13.在一些实施例中，所述汇流件上设有导热部，所述导热部朝向所述集成板凸出，所述集成板上设有凹陷部，所述凹陷部容置所述导热部。
14.第二方面，提供了一种电池包，包括箱体，还包括第一方面的电池模组。
15.第三方面，提供了一种用电装置，包括第二方面的电池包。
附图说明
16.为了更清楚地说明本技术实施例的技术方案，下面将对本技术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技术的某些实施例，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。
17.图1为本技术实施例提供的一种电池模组的结构示意图；
18.图2为图1所示的电池模组中电芯的结构示意图；
19.图3为图1所示的电池模组中电芯与汇流件连接的示意图；
20.图4为图1所示的电池模组中集成板的底部结构示意图；
21.图5为图1所示的电池模组中内部结构示意图。
22.图标：100-电池模组；10-电芯；11-极柱；111-定位部；112-定位槽；113-过渡面；20-集成板；21-汇流件；211-安装槽；212-定位凸起；213-导热部；23-fpc组件；24-凹陷部；30-绝缘限位块；40-液冷板；41-水道；50-均温板；51-支撑脚。
具体实施方式
23.为使本技术实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本技术实施例中的附图，对本技术实施例中的技术方案进行清楚地描述。显然，所描述的实施例是本技术一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本技术中的实施例，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，都属于本技术保护的范围。
24.除非另有定义，本技术所使用的所有的技术和科学术语与属于本技术的技术领域的技术人员通常理解的含义相同；本技术中在申请的说明书中所使用的术语只是为了描述具体的实施例的目的，不是旨在于限制本技术；本技术的说明书和权利要求书及上述附图说明中的术语“包括”和“具有”以及它们的任何变形，意图在于覆盖不排他的包含。本技术的说明书和权利要求书或上述附图中的术语“第一”、“第二”等是用于区别不同对象，而不是用于描述特定顺序或主次关系。
25.在本技术中提及“实施例”意味着，结合实施例描述的特定特征、结构或特性可以包含在本技术的至少一个实施例中。在说明书中的各个位置出现该短语并不一定均是指相同的实施例，也不是与其它实施例互斥的独立的或备选的实施例。本领域技术人员显式地和隐式地理解的是，本技术所描述的实施例可以与其它实施例相结合。
26.在本技术的描述中，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”、“附接”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，可以根据具体情况理解上述术语在本技术中的具体含义。
27.本技术中术语“和/或”，仅仅是一种描述关联对象的关联关系，表示可以存在三种关系，例如，a和/或b，可以表示：单独存在a，同时存在a和b，单独存在b这三种情况。另外，本技术中字符“/”，一般表示前后关联对象是一种“或”的关系。
28.本技术中，电芯可以包括锂离子二次电池、锂离子一次电池、锂硫电池、钠锂离子电池、钠离子电池或镁离子电池等，本技术实施例对此不作限定。电芯可呈扁平体、长方体或其它形状等，本技术实施例对此也不作限定。
29.本技术的实施例所提到的电池模组包括多个电芯与汇流件，汇流件用于实现多个电芯之间的电连接，例如并联、串联或混联。
30.本技术的实施例所称电池包是整合了一个或多个电池模组的封装结构，该结构有利于对电池模组进行管理、充放电控制以及安装设置。
31.在现有的电池模组设计中，通常采用激光焊接的方式固定电池模组，在该工序中不可避免会产生焊渣，这可能会改变电芯之间的连接关系或者电芯之间空间的性质，使得在高压状态下有击穿的可能、从而引发热失控。
32.现有技术中的电池模组中还会采用口琴管液冷板通过导热垫对电芯进行散热的设计。这种设计结构简单，技术成熟，具有经济性，但也存在一些缺陷：液冷板仅有一侧与导热垫接触，散热效率有限；电芯的底部(远离极柱的一端)靠近液冷板，而极柱一端发热更高，使得电芯的热量分布不均、温差过大，进而影响动力性与使用寿命；以及口琴管液冷板通常采用挤压成型，致使长度较长时难以保证平面度，从而导致散热面接触不良、降低散热效率。
33.上述各缺陷会不同程度地对电池模组的安全性能、使用性能、使用寿命等方面带来不利影响。有鉴于此，本技术提供了一种技术方案，通过倒置并滑插连接的方式，改善电池模组的安全性能的同时，优化了电池模组中各部件的布置，提高空间利用率、能量密度并且提高了散热性能。
34.本技术实施例描述的技术方案可用于使用电池的诸多应用场景，如电动车辆、电动船舶及航天器等。
35.请参阅图1至图4，为本技术实施例提供的一种电池模组100，包括堆叠设置的多个电芯10与汇流件21，电芯10包括第一表面，第一表面为如图2中电芯顶面，第一表面上设有极柱11，汇流件21开设有安装槽211，汇流件21通过安装槽211滑动连接极柱11的方式电连接相邻电芯10。
36.本实施例中安装方向为图1中的方向a所指向的方向，多个电芯10依次从方向a滑插入安装槽211内。因此电池模组100还包括有绝缘限位块30，绝缘限位块30可滑插装入安装槽211，在每安装了一个电芯10后，通过塞入绝缘限位块30以固定电芯10，同时绝缘限位块30还可以避免不需要电连接的极柱11之间发生误接触、降低出现异常的风险。
37.于一实施例中，极柱11上开设有定位槽112，安装槽211内设有定位凸起212，定位凸起212容置于定位槽112内。
38.本实施例中，汇流件21采用铜制，以满足低重量、良导电的需求。进一步地，由于滑插连接存在高强度、高频次的摩擦接触，汇流件21靠近极柱11的接触面可采用镀镍等方式以提高耐磨性能，避免频繁滑插而导致安装槽211变形、无法固定极柱11，同时能够实现与极柱11电连接的电气需求。
39.本技术实施例通过在汇流件21上开设安装槽211以与电芯10上极柱11滑动连接，实现电芯10的插接式安装与固定，避免了焊接连接中产生的焊渣所带来的风险，提高了电池模组100的安全性与组装效率。
40.请继续参阅图2，极柱11上开设的定位槽112向内凹陷，安装槽211上设有定位凸起212，定位凸起212与定位槽112形状对应并可抵持定位槽112，实现极柱11于安装槽211内在竖直方向上的限位。定位槽112向内凹陷处的形状设为弧面，弧面结构的定位槽112可通过
减少与定位凸起212接触面积，便于极柱11在汇流件21内的滑动拆装。
41.于一实施例中，极柱11上设有倾斜的过渡面，过渡面连接定位槽112与第一表面。本实施例中，从定位槽112到第一表面的过渡面113为斜平面，斜平面的设置同样是为了便于滑插安装极柱11，降低拆装的难度。
42.弧面的定位槽112与倾斜面的过渡面113形状，共同使得极柱11与安装槽211之间存在间隙，避免安装过程中出现卡涩等情况，有利于提高安装效率。
43.于一实施例中，极柱11背离第一表面的一端设有定位部111，定位部111朝向汇流件21的一侧为部分椭球体。
44.定位部111可嵌入定位凸起212与安装槽211竖直方向壁面之间的空间，实现对极柱11垂直于方向a的前后上下共四个自由度限位，以进一步固定电芯10，并避免电芯10从垂直方向脱离安装槽211。定位部111并设为近似部分球体或椭球体的形状，且朝向汇流件21的一侧为弧面，且定位部111与汇流件21接触部分的弧度较低。相较于平直面，弧面使得与汇流件21的接触面积小，有利于电芯10的拆装，同时低弧度弧面还确保了极柱11的电气连接要求，避免接触面过小而出现接触不良等异常状况。
45.于一实施例中，电池模组100还包括集成板20，集成板20连接汇流件21。本实施例中，集成板20上还设有线束隔离板、fpc组件23(flexible printed circuit，柔性电路板)以及电芯10顶部防火隔热结构。请参阅图5，本实施例中fpc组件23设于集成板20中段，各电芯10的两个极柱11之间，便于连接各汇流件21。集成板20可采用一体成型工艺制成，如注塑等工艺，提高集成板20强度的同时简化安装工序。由于本实施例中，相对于现有技术，电芯10为倒置，因此部分器部件的布置位置相应地发生变化，适应性将这些器部件总成于集成板20，可以简化结构、优化工序的同时还可提高安全性与安装效率。
46.本实施例中，集成板20内设有多个汇流件21，每个汇流件21电连接相邻电芯10的端子，依次将所有电芯10串联、并联或混联，以提高电池模组总的输出电压与容量。
47.于一实施例中，电池模组100还包括液冷板40，液冷板40连接集成板20，且液冷板40与汇流件21分别设于集成板20的两侧。液冷板40连接集成板20背离电芯10的一侧，用于对电芯10进行冷却。需要注意的是，请继续参阅图1，相较于现有技术，本技术方案中电芯10由于倒置，极柱11会更靠近液冷板40，而由于极柱11处产生的热量较多，因此本实施例电池模组100的结构具有更好的散热效果，有效降低电芯10上的温差。
48.液冷板40可以采用铝型材挤压成型、双路并联水路的冲压板或双层液冷板等方案，本技术不对液冷板40的具体选型作出限制。
49.本实施例中，液冷板40内设有水道41，水道41包括相对设置的进口与出口，进口和/或出口处设有流量调节装置(图未示)。
50.水道41同时与用电装置相连，如当本实施例应用于载具时，水道41与载具上的水冷回路连通，以实现完整的冷却工质循环。实际应用中，可以根据实际的使用场景并结合散热仿真的结果，对液冷板40的各项参数进行设定，其中液冷板40的参数包括但不限于液冷板40中水道41的形状、走向、深度、宽度、长度等。
51.水量调节装置设于水道41的进口和/或出口处，用于调节进出水道41处的开启度，以调节进出水道41的流量。本实施例中，流量调节装置可根据所应用的载具的工况以选择不同的热管理策略，使整体电池包的温度控制在一个适当的范围内，从而确保电池的使用
安全。对不同工况如载具加速、高功率快充电的判断，可以综合根据电池的即时温度、输出功率、输入指令等参数分析以确定。
52.本实施例中，流量调节装置可将液冷板40在至少普通散热模式与强化散热模式的两种热管理策略中切换，以满足不同的工况需求。普通散热模式与强化散热模式的区别在于流经水道41的散热工质的流量不同，强化散热模式的流量更大、散热效果更强。
53.于一实施例中，电池模组100还包括均温板50，均温板50设于相邻电芯10之间，均温板50设有支撑脚51，支撑脚51连接液冷板40。
54.进一步地，本实施例采用的是弹性vc均温板(vapor chamber，真空腔均温板)，vc均温板内的真空腔容纳有液体，在吸收热量时液体会蒸发并扩散至整个内腔，从而将热量传导至冷端，随后蒸汽再冷凝回流，实现工质的散热循环。这种均温板50具有更高的散热效率。
55.本实施例中，均温板50通过导热双面胶与电芯10的面积较大一面(实施例中为电芯的侧面)粘合以确保充分接触，这种方式起到导热作用的同时也起到了固定作用，相较于现有技术选用涂抹散导热膏存在的难操作、涂抹不匀等缺陷，导热双面胶的使用更清洁、快捷并具有防震缓冲的效果，进一步提高了安装效率及使用安全性。本实施例中导热双面胶的导热系数不低于3w/(m*k)。
56.均温板50的主接触面粘合电芯10的侧面，同时其两端分别设有支撑脚51，支撑脚51绕过集成板20并从集成板20两侧跨接至液冷板40，在起到支撑作用的同时也起到导热作用，以实现通过vc均温板50对电芯10面积较大的侧面的散热。相较于现有技术，本实施例从电芯10的极柱11侧以及较大面进行多方向的散热，增加了一条内循环的散热回路，提高了电池模组的散热效果及安全性。电芯10通过侧面的散热路径为：电芯10—导热双面胶—均温板50—液冷板40。
57.均温板50的设置同时满足了支撑、散热、相邻电芯10之间的防火隔热以及缓冲电芯10老化膨胀时的空间挤压，优化掉了现有技术中的防火隔热棉、膨胀缓冲垫等部件，实现了部件的简化、提高了集成度、降低了空间占用以及提高了安装效率。同时vc均温板50的采用进一步简化了结构，避免了现有技术中冷却板需要接入冷却工质的复杂设计，简化了电池模组100的结构，提高了使用安全性。
58.于一实施例中，汇流件21上设有导热部213，导热部213朝向集成板20凸出，集成板20朝向导热部213一侧设有与导热部213形状对应的凹陷部24，凹陷部24可容置导热部213。本实施例中导热部213为圆柱体，在其他实施例中也可以选用其他形状，本技术不对此作出具体限制。凸出设置的导热部213进一步靠近液冷板40，能够更高效地将电芯10极柱11一侧的热量导出，提高散热效果。同时凸出设置的导热部213也加强了汇流件21与液冷板40的固定连接。本实施例中，导热部213可以穿过凹陷部24，贯穿集成板20以与液冷板40直接接触，从而提高散热效果。
59.本实施例中，电池模组100还包括绝缘导热垫(图未示)，设于汇流件21与液冷板40之间。进一步地，在汇流件21上的导热部213处，导热部213的表面设有绝缘膜，以确保电气安全。绝缘膜上还可以设置滚花边，以进一步加强导热部213与液冷板40的连接强度。本实施例中绝缘膜的材质可选用聚氨酯混合物、聚酰亚胺膜等，其性能参数如下：绝缘强度不低于5.5kv/mil，抗拉强度不低于140mpa，导热系数不低于3w/(m*k)。绝缘膜具体的厚度、深度
等参数可根据实际装配效果及仿真模拟结果进行设计选用。
60.于本实施例中，电芯10通过极柱11的热量传导的途径如下：电芯10—极柱11—汇流件21—(绝缘膜—)绝缘导热垫—液冷板40。本实施例设有两条散热途径，有效提高散热效果的同时还降低了电芯10不同区域的温差，有效提高了电芯10的使用性能和使用寿命。
61.进一步地，汇流件21上导热部213与所接触的液冷板40的凹陷部24的平面度控制在0.15mm内，确保二者紧密贴合，避免接触面之间存在空隙，以保证散热效果。由于汇流件21与液冷板40之间还设有绝缘导热垫，因此可在液冷板40上设置限位件，用于限位并固定绝缘导热垫的变形，确保液冷板40、绝缘导热垫与汇流件21三者能够紧密贴合。
62.本实施例中的绝缘导热垫的参数包括：密度不超过2.5g/cm2，阻燃等级为v0，导热系数不低于3w/(m*k)，压缩比30％
±
5％，采用astm d5470标准。绝缘导热垫具体的形状、厚度、面积可根据实际的装配状况以及散热仿真的模拟结果相应设置。
63.集成板20包括导热部分与非导热部分，根据是否传递热量而划分。其中非导热部分因温度较低，可直接接触液冷板40；导热部分与液冷板40之间设有绝缘导热垫，提高电池模组100的安全性。
64.电芯10上通常设有防爆阀，本实施例中，集成板20上对应各电芯10中防爆阀的位置上还开设有排气槽(图未示)，排气槽用于排放对应电芯10热失控时产生的烟气，以起到降压的效果，提高电池模组的安全性能。
65.本技术一实施例还提供了一种电池包，包括箱体以及前述各实施例描述的电池模组100。电池模组100设于所述箱体内，且电池模组100中的液冷板40可视作构成箱体中的底板的一部分，以简化箱体结构。
66.本技术一实施例还提供了一种用电装置，包括前述实施例描述的电池包。本实施例中以用电装置为载具作为示意，并不意味着对用电装置的选择作出限制。
67.本技术的技术方案，通过滑动连接极柱11与汇流件21的方式，用滑插连接替代现有的焊接连接方式，避免了焊渣落入电池模组内而带来的高压击穿的风险，提高了电池模组100的安全性。
68.同时电池模组100还通过两条散热路径，对电芯10进行全面且高效的散热，有效降低了电芯10的温度以及温差。在本实施例中，电池包的温差由15℃降低至5℃且温度控制的精度有所提高，电池的使用寿命相应延长了10％。同时，两条散热途径可以更容易通过对液冷板40进行调节的方式，实施不同的热管理控制策略，确保电芯10的使用安全。另一方面，本技术的结构，如集成板20，使得电池模组100具有更高的集成度，有效简化了安装流程，也提高了组装效率。
69.在本技术所提供的几个实施例中，应该理解到，所揭露的装置和方法，也可以通过其它的方式实现。以上所描述的装置实施例仅仅是示意性的，例如，附图中的流程图和框图显示了根据本技术的多个实施例的装置、方法和计算机程序产品的可能实现的体系架构、功能和操作。在这点上，流程图或框图中的每个方框可以代表一个模块、程序段或代码的一部分，所述模块、程序段或代码的一部分包含一个或多个用于实现规定的逻辑功能的可执行指令。
70.另外，在本技术各个实施例中的各功能模块可以集成在一起形成一个独立的部分，也可以是各个模块单独存在，也可以两个或两个以上模块集成形成一个独立的部分。
71.以上所述仅为本技术的实施例而已，并不用于限制本技术的保护范围，对于本领域的技术人员来说，本技术可以有各种更改和变化。凡在本技术的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本技术的保护范围之内。
72.需要说明的是，在本文中，诸如第一和第二等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个
……”
限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法、物品或者设备中还存在另外的相同要素。