电芯单元及总成的制作方法

1.本实用新型涉及车用电池设计领域，尤其是涉及一种电芯单元及总成。


背景技术：

2.当前锂电池新能源市场发展迅猛，市面上锂电池以方壳电芯、圆柱电芯和软包电芯为主，方壳电芯由于其结构强度大，成组效率高，作为锂离子的电芯结构件极具优势，由此方壳电芯竞相受到各大电池厂的模仿。
3.现有技术的电芯结构中，由于锂电池在充放电过程中会产生大量混合气体和液体，伴随而来的还有不断积聚的压力，在电芯内部压力过大的情况下，防爆阀会自动打开，并开始泄阀迅速降低腔内压力，以防止热量集中产生爆炸的情况。但是在泄阀后，大量气体和流体介质(化学物质)从防爆阀释放出，此时伴随高压挤出的介质很容易流动覆盖到电芯极柱上，导致极柱和极柱或者其他导电体之间短接，从而带来严重的安全隐患。此外，方壳电芯在使用的过程中，有两个窄面一般处在上、下方向上，而现有技术中常见有通过在上、下面以及左、右面防爆的方式，这种防爆方式一方面不利于电芯内部气流流通的流畅性；另一方面，由于防爆阀和极柱设置位置较接近，会加大泄阀后，导致极柱之间或者和其他导电体之间短接的概率。
4.有鉴于此，特提出本技术。


技术实现要素：

5.本实用新型提供了一种电芯单元及总成，以解决现有的防爆阀设置存在不合理的问题。
6.本实用新型第一方面提供一种电芯单元，电芯单元包括：本体，具有六面盒形结构，其中，本体包括位于本体的左面和右面的两个端板、位于本体的前面和后面的两个侧板以及位于本体上、下面的上板和下板；极柱组件，位于端板上；以及防爆组件，包括设置在至少一个侧板上的至少一个防爆阀；其中，防爆阀与极柱组件间隔开预定距离。
7.优选地，防爆阀为多个，且设置于两个侧板上。
8.优选地，防爆阀位于侧板的中心区域。
9.优选地，极柱组件包括极性相反的第一电极端子和第二电极端子，第一电极端子和第二电极端子设置于本体的同一端板上、或者分别设置于本体的两个端板上。
10.优选地，本体包括一体式中框，中框为一框体形结构并且包括两个端板、上板和下板，极柱组件一体式连接在中框上。
11.优选地，本体包括位于本体的前面、后面且设置在中框上的第一侧板和第二侧板，第一侧板和第二侧板分别封装在中框的前后两个开口上，以使得第一侧板、第二侧板及中框形成六面盒形结构。
12.优选地，第一电极端子包括第一压板、第一安装板及第一连接体，第一连接体包括导电体铆钉和密封圈，导电体铆钉包括钉部和帽部，密封圈设置在帽部外周，第一压板、第
一安装板和端板分别设置有和钉部相对应的第一通孔、第二通孔和极柱孔，钉部穿过极柱孔、第二通孔和第一通孔并延伸至第一压板的外表面突出形成极柱，帽部耦接至被设置于本体内部的电芯上，第二电极端子包括第二压板、第二安装板和第二连接体，其中第一安装板和第二安装板中一者为正极弱导板、另一者为负极绝缘板。
13.优选地，电芯单元还包括注液孔结构，注液孔结构设置在中框、第一侧板及第二侧板的任一者上。
14.优选地，电芯单元还包括止动结构和位于止动结构内侧的转接片，止动结构设置于端板的内侧并设置有固定孔，止动结构用于对电芯进行限位，转接片和电芯连接，帽部穿过固定孔与转接片连接。
15.本实用新型第二方面提供一种电芯总成，包括多个如上的电芯单元以及和设置有防爆阀的侧板相通的排烟气通道。
16.优选的，电芯总成包括呈阵列排布的多个电芯单元组以及将电芯单元组集成的箱体框架；每一个电芯单元组包括两个并行排布且存在间隙的电芯单元，且两个电芯单元相对的两个侧板上不设置防爆阀；排烟气通道布设在箱体框架上。
17.综上，在本实用新型提供的电芯单元中，通过将极柱组件设置于端板处、同时将至少一个防爆阀单独设置在一个侧板上或者分别设置在两个侧板上的设计方式，一改传统的技术中，防爆阀设置在端板或者上板或下板的方式。使得电芯单元在应用的过程中，防爆阀处在其本体的前、后面。
18.与现有技术中防爆阀设置在端板的方式相比，减少了极柱组件和导电体短接的概率；与现有技术中防爆阀设置在上板和下板的方式相比，其在应用中，电芯单元内部的气流会更为流畅，且侧板的面积较大，更容易实现设置防爆阀。另外，结合电芯单元的应用场景，本技术的防爆阀的设置方式，使得电芯单元内部的介质在释放时不会集中堆积，提高电芯单元在防爆方面的可靠性和稳定性。
19.本实用新型实施例的其他特征和优点将在随后的具体实施方式部分予以说明。
附图说明
20.下面参照附图将对本实用新型的特征、优点以及示例性实施方式的技术上和工业上的意义进行描述，在附图中，相同的附图标记指示相同的元件，并且其中：
21.图1a为根据本实用新型的示例性实施例的电芯单元的轴侧示意图；
22.图1b为根据本实用新型的该示例性实施例的电芯单元的左视图；
23.图1c为根据本实用新型的该示例性实施例的电芯单元的俯视图；
24.图1d为根据本实用新型的该示例性实施例的变型的电芯单元的左视图；
25.图2为根据本实用新型的该示例性实施例的电芯单元的爆炸示意图；
26.图3a为根据本实用新型的该示例性实施例的电芯单元的中框的端板处的结构的爆炸示意图；
27.图3b为根据本实用新型的该示例性实施方式的极柱组件的爆炸示意图；以及
28.图3c为根据本实用新型的该示例性实施方式的电芯单元在已装配状态下中框处的剖视图；
29.图4为根据本实用新型的示例性实施例的电芯总成的俯视图。
30.100、电芯单元；
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200、电芯；
31.10、极柱组件；
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20、本体；
32.30、防爆组件；
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40、注液孔结构；
33.50、止动结构；
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60、转接片；
34.101、第一电极端子；
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102、第二电极端子；
35.201、第一侧板；
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202、中框；
36.203、第二侧板；
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301、防爆阀；
37.501、止动架；
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502、卡扣；
38.1011、第一压板；
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1012、第一安装板；
39.1013、第一连接体；
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2021、极柱孔；
40.5011、安装孔；
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5012、固定孔；
41.1012a、第二通孔；
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1011a、第一通孔；
42.1013a、导电体铆钉；
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1013b、密封圈；
43.1000、电芯总成；
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21、极耳；
44.1002、出口端；
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1001、进口端；
45.1003、排烟气通道。
具体实施方式
46.为了使本实用新型的上述以及其他特征和优点更加清楚，下面结合附图进一步描述本实用新型。应当理解，本文给出的具体实施例是出于向本领域技术人员解释的目的，仅是示例性的，而非限制性的。
47.本实用新型提供一种电芯单元100，该电芯单元100用于车用电池中。下面参考图1a-2来描述根据本实用新型的示例性实施例的电芯单元100。其中，图1a示出了根据本实用新型的一个示例性实施例的电芯单元100的轴侧示意图；图1b为根据本实用新型的该示例性实施例的电芯单元100的左视图；图1c为根据本实用新型的该示例性实施例的电芯单元100的俯视图。
48.本实施例所提供的电芯单元100为方形电芯。该电芯单元100包括极柱组件10、本体20及防爆组件30，其中极柱组件10和防爆组件30都固定在本体20上。
49.本体20如图1a所示具有六面盒形结构。为方便阐述，本实施例中将本体20定义为包括位于本体20的左面和右面的两个端板以及位于本体20的上面、下面的上板和下板；位于本体20前面和后面的两个侧板。
50.将图1a中可见的设置有极柱组件10的端板的方位定义为“左”，其他部件的方位参考该位于前面的端板的方位限定。即，端板与本体20的长度方向相交，侧板与本体20的高度方向和/或宽度方向相交。本体20可以采用铝制材料、钢制材料的任一者，优选采用铝制材料，以实现轻量化设计。
51.在本实施例中，如图1b和图1c所示，极柱组件10包括第一电极端子101和第二电极端子102，其中第一电极端子101和第二电极端子102的极性相反，即一者为正极端，一者为负极端，并且第一电极端子101和第二电极端子102分别在本体20的两端板上设置。具体地，第一电极端子101设置在左端板的中心区域上，第二电极端子102设置在右端板的中心区域
上。
52.第一电极端子101和第二电极端子102分别设置在不同的端板上的优势在于：可以减少第一电极端子101和第二电极端子102短接的风险，另外由于每个端板只有一个电极端子，在高度方向可以预留较大的空间，使得内部的电芯200可以保留比较宽的极耳21(参考图2)，从而增加极耳21的过流能力。
53.可以理解的是，虽然将第一电极端子101和第二电极端子102分别设置在左端板和右端板的中心区域是优选的，但并不是必须的。
54.可替换地，如图1d所示，第一电极端子101和第二电极端子102可以设置在本体20的同一端板上，第一电极端子101和第二电极端子102在同一端板上平行设置，该种形式在于可以降低电芯单元100的整体长度，从而在装配时，同等空间内可以容纳更多的电芯单元100，以增加电池容量。
55.另外，在本实施例中，防爆组件30包括两个防爆阀301，防爆阀301分别位于本体20的前后的两个侧板(第一侧板201和第二侧板203)上，其中设置于第一侧板201(也即图1a中设置防爆阀301的侧板的相对板)上的防爆阀301未在图中示出。
56.更具体地，两个防爆阀301以相互面对的方式设置在第一侧板201和第二侧板203的中心区域。可以理解，在这种设置方式中，防爆阀301的朝向和极柱组件10的方向具备一定角度和距离，可有效达到绝缘及产生拉弧现象；防爆阀301以相互面对的方式位于本体20的侧板上，可更好地平衡内部压力的释放。
57.应理解，无论防爆阀301的设置数量和在第一侧板201和第二侧板203的分部方式如何多元选取，优选的设置方式中，防爆阀301设置在中心区域，防爆阀301各自与极柱组件10之间的预定距离，进一步提高了电芯单元100的安全系数。
58.当然，可以理解的是，防爆阀301设置在相应侧板的中心区域是优选的，但不是必须的，防爆阀301与极柱组件10间隔开预定距离即可。此处，“预定距离”指代这样的距离：设置在侧板上的防爆阀301和设置在端板上的极柱组件10之间的距离能够使得：在电芯单元100泄阀的情况下，防止电芯单元100内部的介质倾泻后集中堆积而导致极柱组件10之间或者和其他导电体短接的情况发生，从而增加电芯单元100的单体可靠性、安全性及稳定性。
59.在一些实施方案中，对于一个电芯单元100而言，仅仅需要在第一侧板201或第二侧板203其中之一设置一个防爆阀301即可。具体到一些应用场景中，至少两个电芯单元100可以组合排布，如可将电芯单元100没有设置防爆阀301的面相设置，进而实现类似于相较另一电芯单元100较远的侧板设置防爆阀301设置方式，该种方式非常利于从整体性出发，疏通气流；且还利于节约电池在汽车的布设空间。
60.可选地，防爆组件30还可以仅包括设置在同一侧板上的两个或者两个以上防爆阀301的情况，并且优选防爆阀301之间以及其与极柱组件10相距较远，朝向不同的方式设置。
61.图2为根据本实用新型的该示例性实施例的电芯单元100的爆炸示意图。下面参考图2对本实施例的本体20进行更详细的说明。
62.本体20包括中框202以及第一侧板201和第二侧板203。中框202为框体形结构并且包括两个端板和位于本体20的上、下面的上板和下板，即，中框202具有前后开口、四周围封的结构。
63.第一侧板201和第二侧板203用作为前文所述的位于本体20的前面和后面的两个
侧板。第一侧板201和第二侧板203分别封装在中框202的前、后两面开口上，以使得第一侧板201、第二侧板203及中框202形成前述的六面盒形结构。
64.电芯单元100还包括电芯200，电芯200设置于本体20的内部并且具有极耳21。电芯200通过极耳21和极柱组件10在本体20内部耦接，下文有详述。
65.优选地，中框202的两个端板和上板以及下板为一体的，即，中框202由一整体长形板弯折形成。更优选地，极柱组件10一体式连接在中框202上。具体地，通过将长金属板裁切后，获得长条形金属板，再经冲压成型后，在预设固定区域进行极柱组件10焊接，之后通过折弯机将金属板进行折弯形成框体结构，最终在两端的对接位置进行激光焊接，从而形成一体化的带有极柱组件10的中框202。
66.可以理解，由于极柱组件10在呈现平板状的铝制板上进行组装，方便了加工中的固定和定位，可极大提高工艺效率和良品率。
67.类似地，第一侧板201和第二侧板203也分别为单板式结构，可以在组装之前方便地将防爆阀301直接加工形成在第一侧板201及第二侧板203上。
68.电芯单元100还可以包括注液孔结构40，注液孔结构40可以设置在本体20的端板上(如各图所示)或者侧板上，用于向本体20内部进行注液。
69.图3a为根据本实用新型的该示例性实施例的电芯单元100的中框202的端板处的结构的爆炸示意图；图3b为根据本实用新型的该示例性实施方式的极柱组件10的爆炸示意图；图3c为根据本实用新型的该示例性实施方式的电芯单元100在已装配状态下中框202处的剖视图。下面将结合图3a-图3c来详细描述中框202的端板处的相关结构。
70.第一电极端子101包括第一压板1011、第一安装板1012及第一连接体1013，其中第一安装板1012为一面为开口的盒状，第一压板1011可置于第一安装板1012中从而与第一安装板1012连接。第一连接体1013包括导电体铆钉1013a以及密封圈1013b，导电体铆钉1013a包括钉部和帽部，密封圈1013b设置在帽部外周。第一压板1011和第一安装板1012分别设置有和导电体铆钉1013a的钉部相对应的第一通孔1011a和第二通孔1012a。电芯单元100还包括止动结构50，止动结构50包括止动架501和卡扣502。止动架501设置在中框202的端板的内侧，且和中框202的端板紧密贴合固定。止动架501设置有在高度方向上延伸的安装孔5011，卡扣502通过安装孔5011连接在止动架501的一侧。当电芯200放置于中框202内侧后，卡扣502限制电芯200相对高度方向上的自由度。
71.止动架501上设置有固定孔5012，固定孔5012和密封圈1013b相匹配。中框202的端板开设有极柱孔2021，极柱孔2021和导电体铆钉1013a的钉部相匹配。电芯单元100还包括转接片60，转接片60设置在固定孔5012背离极柱组件10的一侧。
72.导电体铆钉1013a的钉部穿过极柱孔2021、第二通孔1012a及第一通孔1011a，并延伸至第一压板1011的外表面形成突出的极柱。帽部和外周的密封圈1013b与止动架501上的固定孔5012过盈配合，且帽部朝电芯200的方向上伸出一定距离并和转接片60连接，同时电芯200通过极耳21(见图2)和转接片60连接，从而实现电芯200和极柱组件10之间的耦接。
73.与此类似，第二电极端子102包括第二压板、第二安装板和第二连接体(图中未示出具体部件组成关系)，其中第一安装板1012和第二安装板一者为正极弱导板，另一者为负极绝缘板。
74.电芯单元100还包括绝缘膜(图未示出)，绝缘膜固定于电芯200的表面，以对电芯
200起到绝缘保护作用。
75.优选地，在电芯单元100的制造过程中，可以先用绝缘膜包覆电芯200，之后将电芯200与转接片60焊接，随后将带有转接片60的电芯200置入带有极柱组件10的中框202，再分别将可单独或同时设有防爆阀301的第一侧板201和第二侧板203装配到中框202。
76.参阅图4，图4为根据本实用新型的示例性实施例的电芯总成1000的俯视图；本实用新型还涉及一种电芯总成1000，由多个上述的电芯单元100封装而成。
77.具体地，电芯总成1000包括一用于封装电芯单元100的容纳腔体，容纳腔体设置有多条沿水平方向上设置的排烟气通道1003以及连通排烟气通道1003的进口端1001和出口端1002，电芯单元100设置在排烟气通道1003之间，每个电芯单元100以较小的侧板(也即前文中所述的上板)朝上竖立摆放(参考图1a)，电芯单元100的端板的极柱组件10互相对接串联，并呈现矩形阵列式排布，以容纳更多的电芯单元100，使得电芯总成1000具备更高的容量。
78.进一步地，在电芯单元100的第一侧板201或者第二侧板203中的至少一块上的防爆阀301和所述排烟气通道1003连通，通过进口端1001至出口端1002形成水平方向上的气道，电芯单元100中的气体和流体介质在防爆阀301处释放后通过排烟气通道1003释放，可以使排烟气通道1003在水平方向上释放电芯单元100内的流体介质或者气体，相比竖直方向释放(如将防爆阀301设置在中框202的某一个或者多个板上)的方式不易发生堆积现象以及短接现象，以增加电芯总成1000整体在发生泄阀后的安全系数。
79.在一个可选地方案中，电芯总成1000包括呈阵列排布的多个电芯单元组以及将所述电芯单元组集成的箱体框架。箱体框架起到将所有的电芯单元组容纳的作用，排烟气通道1003布设在箱体框架上。
80.在电芯单元100中，其中一个侧板设置有防爆阀301，每一个电芯单元组包括两个并行排布且存在间隙的电芯单元100；一个排烟气通道1003可接邻设置两行依次串联的电芯单元组(也即每一行中，有多个电芯单元组串联)。电芯单元100设有防爆阀301的侧板和排烟气通道1003连通，没有防爆阀301的侧板相对设置，既可节省在宽度上的空间，同时每个电芯单元100均和排烟气通道1003连通，保证单个电芯单元100的安全。
81.另外，该种设置方式，实现了在电芯单元100的在前、后面的防爆方式，相较传统的在竖直方向(上下板)的防爆而言，无需额外增加高度，仅在电芯单元100的前后面预留空间即可，更加节约空间，易于实现。
82.以上仅阐述了电芯单元100仅一侧板上设置有防爆阀301的情况，相似的，电芯单元100的防爆阀301的数量也可以变化，如上述所提到的电芯单元100可以包括两个防爆阀301，这两个防爆阀301分别单独地位于同一个侧板上；或者包括三个防爆阀301，这三个防爆阀301分别单独地位于同一个侧板上，或者防爆阀301的数量还可以设置其他数量，只要保证排烟气通道1003和设置有防爆阀301的侧面连通即可。
83.在上述方式中，电芯单元100设有防爆阀301的侧板和排烟气通道1003连通处需要预留释放空间，便于失控时防爆阀301的介质释放，同样在电芯单元100未设有防爆阀301的侧板和另一电芯单元100之间也需要预留空间，避免电芯单元100热量过于集中，而造成潜在风险的可能。
84.尽管上面已经示出和描述了本实用新型的实施例，可以理解的是，上述实施例是
示例性的，不能理解为对本实用新型的限制，本领域的普通技术人员在本实用新型的范围内可以对上述实施例进行变化、修改、替换和变型。