一种硬壳方形锂电池及模组的制作方法

1.本实用新型涉及锂离子电池领域，尤其涉及一种硬壳方形锂电池及模组。


背景技术：

2.电动车因其节能环保的特点得到了社会的认可，动力电池作为电动车的能量来源，直接影响车辆的动力性、可靠性、安全性和经济性。铝壳方形锂电池封装可靠度高；系统能量效率高；相对重量轻，能量密度较高；结构较为简单，扩容相对方便，是当前通过提高单体容量来提高能量密度的重要选项。
3.铝壳方形锂电池随着单体体积的增大，电池内部发热部分距离壳体的距离越来越长，传导的介质、界面越来越多，使得散热变得困难，并且在单体上，热量分布不均的问题越来越明显。
4.同时，高容量的方形铝壳电池若采用单个的卷芯，那么随着卷芯厚度的增加，卷芯四个转角处无法被极片占满的空间将越来越大，进而降低单体电池的能量密度；为了尽量利用转角处的空间，现有技术中有揭示采用内部并联2颗或更多颗的卷芯结构，如此，可降低单个卷芯的厚度，其转角处空间也更小一些。但是，由于方形铝壳电池转角处仍然为方形，因此，采用以上多卷芯的电池，在转角处仍然存在无法被极片占满的问题。


技术实现要素：

5.有鉴于此，本实用新型提出了一种硬壳方形锂电池、模组及装配方法，能有效利用卷芯转角处的空间。
6.本实用新型的技术方案是这样实现的：
7.一方面，本实用新型提供了一种硬壳方形锂电池，其包括壳体、两个及以上的卷芯和盖板，其中，壳体顶部开口，盖板盖在壳体顶部开口处并与之密封；各卷芯较宽的外面并排排列并设置于壳体内，各卷芯四个转角处分别形成四个外圆弧面；所述壳体四个竖直棱边处设置有倒圆角，倒圆角角度与卷芯外圆弧面相适应；壳体较窄的侧面上设置有对称的弧形凹面，弧形凹面与卷芯相邻处的两个外圆弧面形状相适应。
8.在以上技术方案的基础上，优选的，各卷芯外圆弧面的半径为10～75mm，弧形凹面的半径是卷芯外圆弧面的半径的1.05～1.35倍。
9.第二方面，本实用新型提供了一种硬壳方形锂电池模组，包括本实用新型第一方面所述的硬壳方形锂电池，还包括上集流板、液冷管和下集流板，其中，
10.若干所述硬壳方形锂电池矩阵排列于下集流板上，且相邻的四个硬壳方形锂电池弧形凹面共同围合成“星”形间隙；
11.若干液冷管分别对应插入“星”形间隙内，且液冷管横外截面形状与“星”形间隙横截面轮廓相适应，液冷管上下两端分别与上集流板和下集流板连通；
12.上集流板设置于硬壳方形锂电池矩阵上方，且上集流板、液冷管和下集流板内通入循环冷却液。
13.在以上技术方案的基础上，优选的，所述液冷管包括两波纹板，所述波纹板横截面呈波浪形，两波纹板背对设置，二者之间形成“星”形水流通道。
14.进一步优选的，硬壳方形锂电池壳体较窄的侧面伸入波纹板侧面的波浪形凹槽内。
15.在以上技术方案的基础上，优选的，所述上集流板和下集流板上分别开设有出液口或进液口，液冷管上下两端分别与上集流板和下集流板焊接固定。
16.进一步优选的，所述硬壳方形锂电池矩阵设置为2行，2行硬壳方形锂电池分别从液冷管两侧水平插入装配。
17.更进一步优选的，还包括两绝缘板，绝缘板设置于上集流板和硬壳方形锂电池之间，左、右两个绝缘板水平并排设置，且两个绝缘板边缘处分别开设有供液冷管穿过的缺槽。
18.进一步优选的，所述硬壳方形锂电池的弧形凹面与液冷管之间设置有热压硅胶皮。
19.第三方面，本实用新型提供了本实用新型第二方面所述的硬壳方形锂电池模组的装配方法，包括以下步骤，
20.s1，提供事先焊接固定好的上集流板、液冷管和下集流板，并在液冷管表面设置热压硅胶皮；
21.s2，将一行硬壳方形锂电池排列整齐，并在极柱上分别焊接铜排，再将2行硬壳方形锂电池分别从液冷管两侧水平插入装配，硬壳方形锂电池较窄的侧面通过热压硅胶皮与液冷管抵持；
22.s3，再将两绝缘板从两侧分别水平插入硬壳方形锂电池和上集流板之间并固定，得到成型模组。
23.本实用新型的硬壳方形锂电池、模组及装配方法相对于现有技术具有以下有益效果：
24.(1)通过将壳体四个竖直棱边处设置倒圆角，且在其较窄的侧面上设置有对称的弧形凹面，从而与卷芯形状相适应，卷芯转角处与长方形壳体之间无需占用多余空间，提高单体电池能量密度；
25.(2)设置上集流板、液冷管和下集流板组成的液冷系统，“星”形的液冷管插入硬壳方形锂电池矩阵间隙内，从而利用以上间隙进行散热，且增大了接触面积，提高散热效率；
26.(3)设置热压硅胶皮，能缓冲电池膨胀，且能起到持续的导热作用；
27.(4)硬壳方形锂电池矩阵设置为2行，便于上集流板、液冷管和下集流板组成的液冷系统事先焊接成型后，硬壳方形锂电池分别从液冷管两侧水平插入装配，且电池整体散热效果好。
附图说明
28.为了更清楚地说明本实用新型实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本实用新型的一些实施例，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的附图。
29.图1为本实用新型的硬壳方形锂电池的立体图；
30.图2为本实用新型的硬壳方形锂电池的拆解图；
31.图3为本实用新型的硬壳方形锂电池模组的立体图；
32.图4为本实用新型的硬壳方形锂电池模组的拆解图；
33.图5为本实用新型的硬壳方形锂电池模组的液冷管和下集流板的立体图。
具体实施方式
34.下面将结合本实用新型实施方式，对本实用新型实施方式中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施方式仅仅是本实用新型一部分实施方式，而不是全部的实施方式。基于本实用新型中的实施方式，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方式，都属于本实用新型保护的范围。
35.如图1～2所示，本实用新型的硬壳方形锂电池，其包括壳体1、卷芯2和盖板3。
36.其中，壳体1，一般采用铝壳，其顶部开口。
37.盖板3，盖在壳体1顶部开口处并与之密封，盖板3上固定极柱，以上为现有技术。
38.卷芯2，由正极片、隔离膜、负极片和隔离膜层叠后绕一长方形卷板卷绕而成，在本实用新型中，每个壳体1内设置有两个及以上的卷芯2，其中，卷芯2较宽的外面并排排列并设置于壳体1内，各卷芯2四个转角处分别形成四个外圆弧面。如此，如果采用现有的长方形铝壳，那么卷芯2四个转角处与铝壳之间的空间将形成镂空。
39.为了降低以上镂空空间，所述壳体1四个竖直棱边处设置有倒圆角，倒圆角角度与卷芯2外圆弧面相适应；壳体1较窄的侧面上设置有对称的弧形凹面10，弧形凹面10与卷芯2相邻处的两个外圆弧面形状相适应。如此，卷芯2四个转角贴紧弧形凹面10内壁，卷芯2转角处与壳体1之间无需占用多余空间，提高单体电池能量密度。
40.具体的，各卷芯2外圆弧面的半径为10～75mm，弧形凹面10的半径是卷芯2外圆弧面的半径的1.05～1.35倍。
41.以下介绍本实用新型的硬壳方形锂电池模组，如图3～5，其包括本实用新型所述的硬壳方形锂电池，还包括上集流板4、液冷管5、下集流板6和绝缘板7。
42.其中，若干所述硬壳方形锂电池矩阵排列于下集流板6上，且相邻的四个硬壳方形锂电池弧形凹面10共同围合成“星”形间隙11。具体的，所述硬壳方形锂电池底部与下集流板6之间设置有热压硅胶皮。热压硅胶皮以特殊硅胶为基材，加入高导热材料后经硫化制成，表面光滑，厚度均匀，延展性、回弹抗形变性能极佳，特别适合作为缓冲、导热垫片使用。热压硅胶皮在受到外界冲击时，起到缓冲作用；同时，将硬壳方形锂电池底面的热量传导给下集流板6，便于散热。
43.液冷管5，插入“星”形间隙11内，且液冷管5横外截面形状与“星”形间隙11横截面轮廓相适应，液冷管5上下两端分别与上集流板4和下集流板6连通。如此，“星”形液冷管5可增大与硬壳方形锂电池弧形凹面10接触面积，从而改善散热效果；同时，充分利用壳体1的弧形凹面10之间的空间进行散热，提高电池模组能量密度。具体的，所述液冷管5包括两波纹板51，所述波纹板51横截面呈波浪形，两波纹板51背对设置，二者之间形成“星”形水流通道50。如此，可通过冲压成型方式，形成两波纹板51，再将端部焊接固定，得到液冷管5。具体的，硬壳方形锂电池壳体1较窄的侧面伸入波纹板51侧面的波浪形凹槽内。具体的，所述硬
壳方形锂电池的弧形凹面10与液冷管5之间设置有热压硅胶皮。热压硅胶皮能缓冲电池膨胀，且能起到持续的导热作用。
44.上集流板4设置于硬壳方形锂电池矩阵上方，且上集流板4、液冷管5和下集流板6内通入循环冷却液。具体的，上集流板4和下集流板6内分别设置为中空的腔体，上集流板4和下集流板6上分别开设有出液口40和进液口60，从下集流板6通入冷却液，经液冷管5流入上集流板4，再经出液口40排出。
45.液冷管5上下两端分别与上集流板4和下集流板6焊接固定。为了降低硬壳方形锂电池与上集流板4底部之间的空间占用，硬壳方形锂电池与上集流板4和下集流板6之间往往贴得非常近，如此，不便于伸入焊枪焊接液冷管5和上集流板4、下集流板6；此外，焊接完成后，不便于浸入水中检查焊接后的密封性能。因此，集流板4、液冷管5和下集流板6一般事先焊接成型，然后再与硬壳方形锂电池成组。如此一来，如果硬壳方形锂电池矩阵设置3行或以上，硬壳方形锂电池将很难装配。
46.因此，本实用新型中，所述硬壳方形锂电池矩阵设置为2行，2行硬壳方形锂电池分别从液冷管5两侧水平插入装配。如此，既能方便硬壳方形锂电池插入装配，露在外侧的硬壳方形锂电池另外一个较窄的侧面也能与空气接触，达到散热的效果。
47.绝缘板7，设置于上集流板4和硬壳方形锂电池之间，起到绝缘作用，防止硬壳方形锂电池顶部的极柱、汇流排与上集流板4接触而短路。在本实用新型中，由于设置了液冷管5，为了便于装配，所述绝缘板7设置有两个，左、右两个绝缘板7水平并排设置，且两个绝缘板7边缘处分别开设有供液冷管5穿过的缺槽70。
48.以下介绍本实用新型的硬壳方形锂电池模组的装配方法，包括以下步骤，
49.s1，提供事先焊接固定好的上集流板4、液冷管5和下集流板6，并在液冷管5和下集流板6的表面设置热压硅胶皮；
50.s2，将一行硬壳方形锂电池排列整齐，并在极柱上分别焊接铜排，再将2行硬壳方形锂电池分别从液冷管5两侧水平插入装配，硬壳方形锂电池较窄的侧面通过热压硅胶皮与液冷管5抵持，硬壳方形锂电池底面与下集流板6表面的热压硅胶皮接触；
51.s3，将两绝缘板7从两侧分别水平插入硬壳方形锂电池和上集流板4之间并固定，得到成型模组。
52.以上所述仅为本实用新型的较佳实施方式而已，并不用以限制本实用新型，凡在本实用新型的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。