一种具有两层模组单元的电池包及包括其的电动装置的制作方法

1.本实用新型属于电池技术领域，涉及一种具有两层模组单元的电池包及包括其的电动装置。


背景技术：

2.目前，锂离子电池在市场中的应用领域越来越广泛，在新能源汽车领域使用的较多，而且也很受市场的重视。随着市场的发展，对电动汽车的需求越来越高，为了满足高电量、高续航、高能量密度的需求，电池系统需要提高空间利用率，提升电池系统集成效率。
3.电池系统是由箱体、模组单元、电气系统、热管理系统、电池管理系统组成。根据电池系统的不同需求，在电池箱内进行系统布局。对于涉及两层模组单元结构布局的，需要增加模组的固定结构。常见的电池箱体主要是铝合金箱体和钣金箱体为主，在做单层模组布局的系统中，钣金箱体和型材箱体很容易实现布局。涉及两层模组单元时，常见的固定方法是在箱体上焊接支撑结构，再使用固定模组结构来搭接在支撑结构上，做出的电池系统结构复杂多样，结构强度存在不足的风险。
4.随着本领域对电池系统的需求不断扩大，对锂离子电池的结构提出了新要求，要求结构简单，便于生产加工和系统组装，同时，电池系统内部空间的利用率和结构强度也需要继续提升，但现有的电池系统并未达到这一要求。为了解决当前电池系统存在的结构复杂、生产加工不便、内部空间利用率和结构强度较低等技术问题，亟需对现有的电池系统的内部结构加以改进。


技术实现要素：

5.针对现有技术存在的不足，本实用新型的目的在于提供了一种具有两层模组单元的电池包，所述具有两层模组单元的电池包包括箱体和上盖，所述箱体内由下至上依次层叠设置有下层模组单元和上层模组单元，所述下层模组单元和所述上层模组单元之间设置有支撑板，所述支撑板用于固定支撑所述上层模组单元；所述箱体内壁沿水平方向环绕设置有凸台，所述支撑板的外缘固定于所述凸台上；所述上盖与所述支撑板之间设置有至少一个支撑架，所述支撑架用于支撑所述上盖。
6.作为本实用新型所述的电池包的优选技术方案，所述支撑板的外缘搭架于所述凸台表面，并通过螺栓将所述支撑板固定于所述凸台表面。
7.作为本实用新型所述的电池包的优选技术方案，所述凸台的宽度≥20mm。
8.作为本实用新型所述的电池包的优选技术方案，所述箱体具有底板，所述底板上沿长度方向设有支撑梁，所述支撑板的底面与所述支撑梁的顶面抵接固定。
9.作为本实用新型所述的电池包的优选技术方案，所述支撑架沿所述箱体长度方向并排设置。
10.作为本实用新型所述的电池包的优选技术方案，所述底板与所述下层模组单元之间，以及所述上盖与所述上层模组单元之间均设置有液冷板。
11.作为本实用新型所述的电池包的优选技术方案，所述支撑板与所述上层模组单元之间，以及所述支撑板与所述下层模组单元之间均设置有液冷板。
12.作为本实用新型所述的电池包的优选技术方案，所述支撑板为液冷板。
13.作为本实用新型所述的电池包的优选技术方案，所述上层模组单元和所述下层模组单元均包括至少两个沿水平方向并排设置的电池模组。
14.第二方面，本实用新型提供了一种电动装置，所述电动装置包括第一方面所述的具有两层模组单元的电池包。
15.与现有技术相比，本实用新型的有益效果为：
16.本实用新型设计了一种自带支撑结构的电池箱体，可以满足箱体内部两层模组单元的布局需求，箱体结构更加简单，加工难度更低。本实用新型中通过支撑板将箱体内的容纳腔在竖直方向上分隔为若干层容纳空间，每层容纳空间均能够用来安装模组单元，能够更加充分合理的利用箱体内的空间，空间利用率更高，能够降低电池包的重量和体积，提高电池包的能量密度，在不提高电池包重量和体积的情况下，能够提高电池箱的电量，降低电池箱的原材料消耗，节约成本。其次，为了更好地固定箱体内的支撑板，本实用新型在电池箱体内壁设有凸台用于设置支撑板，通过凸台将支撑板的外缘与箱体的四周侧壁相连接，支撑板可以提高箱体的整体结构强度，尤其是对于具有两层模组单元排布的电池箱体而言，其四周侧壁高度往往比单层排布的箱体要高，受到挤压时更容易变形，在箱体中部区域设置支撑板，可以使箱体在抵抗水平方向(x方向和y方向)的挤压力时，对箱体四周侧壁起到强有力的支撑作用，同时，在垂直方向(z方向)上，支撑板可以支撑上层的模组单元，使模组单元的重量载荷传递到箱体上，提高电池系统耐振动和冲击。再次，本实用新型通过支撑架辅助凸台固定支撑板，使得支撑板的两侧表面均被稳定支撑固定，通过支撑架和凸台的配合兼顾两层模组单元承重、安装支撑、定位和固定作用，有效降低了箱体内部的支架数量，减少了箱体内部空间的占用，同时有效提高了电池模组的散热效率，最终有效提高电池包的使用寿命和安全性。
附图说明
17.图1为本实用新型一个具体实施方式提供的电池包的爆炸图；
18.图2为本实用新型一个具体实施方式提供的箱体结构示意图；
19.其中，1-箱体；2-电池包断路单元；3-支撑板；4-上层模组单元；5-上盖；6-支撑架；7-下层模组单元；8-凸台；9-支撑梁。
具体实施方式
20.需要理解的是，在本实用新型的描述中，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”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。此外，术语“第一”、“第二”等仅用于描述目的，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。由此，限定有“第一”、“第二”等的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。在本实用新型的描述中，除非另
有说明，“多个”的含义是两个或两个以上。
21.需要说明的是，在本实用新型的描述中，除非另有明确的规定和限定，术语“设置”、“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，可以通过具体情况理解上述术语在本实用新型中的具体含义。
22.下面通过具体实施方式来进一步说明本实用新型的技术方案，显然，所描述的实施例仅仅是本实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例，实施例的内容不构成对本实用新型的限制，基于本实用新型中的实施例，本领域普通技术人员在没有付出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本实用新型保护的范围。
23.电池系统是由箱体、模组单元、电气系统、热管理系统、电池管理系统组成。根据电池系统的不同需求，在电池箱内进行系统布局。对于涉及两层模组单元结构布局的，需要增加模组的固定结构。常见的电池箱体主要是铝合金箱体和钣金箱体为主，在做单层模组布局的系统中，钣金箱体和型材箱体很容易实现布局。涉及两层模组单元时，常见的固定方法是在箱体上焊接支撑结构，再使用固定模组结构来搭接在支撑结构上，做出的电池系统结构复杂多样，结构强度存在不足的风险。
24.至少为了解决上述问题，本实用新型在一个实施例中提供了一种具有两层模组单元的电池包，如图1所示，所述具有两层模组单元的电池包包括箱体1和上盖5，所述箱体1内由下至上依次层叠设置有下层模组单元7和上层模组单元4，所述下层模组单元7和所述上层模组单元4之间设置有支撑板3，所述支撑板3用于固定支撑所述上层模组单元4；所述箱体1内壁沿水平方向环绕设置有凸台8，所述支撑板3的外缘固定于所述凸台8上；所述上盖5与所述支撑板3之间设置有至少一个支撑架6，所述支撑架6用于支撑所述上盖5。
25.本实用新型设计了一种自带支撑结构的电池箱体1，可以满足箱体1内部两层模组单元的布局需求，箱体1结构更加简单，加工难度更低。本实用新型中通过支撑板3将箱体1内的容纳腔在竖直方向上分隔为若干层容纳空间，每层容纳空间均能够用来安装模组单元，能够更加充分合理的利用箱体1内的空间，空间利用率更高，能够降低电池包的重量和体积，提高电池包的能量密度，在不提高电池包重量和体积的情况下，能够提高电池箱的电量，降低电池箱的原材料消耗，节约成本。其次，为了更好地固定箱体1内的支撑板3，本实用新型在电池箱体1内壁设有凸台8用于设置支撑板3，通过凸台8将支撑板3的外缘与箱体1的四周侧壁相连接，支撑板3可以提高箱体1的整体结构强度，尤其是对于具有两层模组单元排布的电池箱体1而言，其四周侧壁高度往往比单层排布的箱体1要高，受到挤压时更容易变形，在箱体1中部区域设置支撑板3，可以使箱体1在抵抗水平方向(x方向和y方向)的挤压力时，对箱体1四周侧壁起到强有力的支撑作用，同时，在垂直方向(z方向)上，支撑板3可以支撑上层模组单元4，使上层模组单元4的重量载荷传递到箱体1上，提高电池系统耐振动和冲击。再次，本实用新型通过支撑架6辅助凸台8固定支撑板3，使得支撑板3的两侧表面均被稳定支撑固定，通过支撑架6和凸台8的配合兼顾两层模组单元承重、安装支撑、定位和固定作用，有效降低了箱体1内部的支架数量，减少了箱体1内部空间的占用，同时有效提高了电池模组的散热效率，最终有效提高电池包的使用寿命和安全性。箱体1内部没有复杂的固定结构，提高了模组的布局空间，提高了电池系统的体积成组率。
26.需要说明的是，本实用新型对箱体1内的模组单元的布置方式和内部结构不作具体要求和特殊限定。优选地，在本实用新型中，模组单元采用横放的布置方式，即多个模组单元沿箱体1的高度方向叠放，由此可以通过调节模组单元的单层高度及叠放层数来适应性地调整电池包的高度。本实用新型中每一模组单元可选地包括2～4个串联连接的电池模组，每个电池模组包含若干个单体电池，单体电池之间可以通过汇流排焊接或铆接实现电性串联，通过调节单体电池串联的个数可以调节电池包的电压，但串联连接的单体电池的个数过多会导致模组单元的发热量提升和结构装配和售后维修的难度，因此需要控制单体电池的串联个数为2～40个，所述单体电池的个数例如为2、6、10、14、20、26、30、36等。
27.需要说明的是，本实用新型一实施例提供的上层模组单元4和下层模组单元7的结构均相同，以方便模块化制作，降低生产成本，方便电池包装配。
28.需要说明的是，本实用新型提供的电池包内还设置有其他电器元件，例如电池包断路单元2，简称bdu单元，bdu单元能够在电动汽车内部动力电池系统报错时，切断内部电流起到保证系统安全的作用。作为动力电池断开与接通高压电的装置，bdu单元位于电池包内部，是电池系统高压分配、切断、短路保护的工作单元，对电池包的安全有着至关重要的作用，因此是电池包中一个较为关键的零部件。bdu单元集成了继电器、预充电阻、电流传感器、熔断器、高压铜排、低压连接器、高压电压采样连接器和线束总成等零部件。
29.在一个实施例中，所述支撑板3的外缘搭架于所述凸台8表面，并通过螺栓将所述支撑板3固定于所述凸台8表面。
30.在一个实施例中，所述凸台8的宽度≥20mm，例如可以是20mm、21mm、22mm、23mm、24mm、25mm、26mm、27mm、28mm、29mm或30mm，但并不仅限于所列举的数值，该数值范围内其他未列举的数值同样适用。
31.本实用新型在箱体1的内壁面设计了凸台8形成四边支撑，将固定支撑上层模组单元4的支撑板3固定在箱体1内壁的凸台8上，采用螺栓将支撑板3固定于箱体1内部，固定实现两层模组单元的结构布局。箱体1内部凸台8的设计还可以增强电池箱体1的结构强度，根据仿真模拟对比，增加凸台8后，电池箱体1的x方向和y方向的抗挤压能力由100kn提高至250kn。
32.本实用新型特别限定了凸台8的宽度≥20mm，其目的在于，一是增加与支撑板3的接触面积，确保支撑板3的稳定；二是受加工设备的限制，凸台8与箱体1法兰面的高度越小越好，便于加工，当高度过高时对凸台8的宽度需要进行加宽，设备钻孔、攻丝等工具需要进行加长，采用深孔钻的方式。
33.在一个实施例中，如图2所示，所述箱体1具有底板，所述底板上沿长度方向设有支撑梁9，所述支撑板3的底面与所述支撑梁9的顶面抵接固定。
34.本实用新型在箱体1底部的中部沿长度方向设置了支撑梁9，支撑梁9高度与凸台8平齐，支撑板3与支撑梁9直接接触，形成t形截面的支撑结构。支撑板3与支撑梁9的接触面采用螺栓紧固，加强支撑板3的结构稳定性，提高电池系统的结构安全性。此外，本实用新型中的凸台8用于固定支撑板3的边缘，支撑梁9用于固定支撑板3的中部区域，通过凸台8和支撑梁9的配合可以对支撑板3进行全方位的支撑固定，而且支撑梁9和支撑板3还能够有效传递外接冲击，阻止箱体1变形，提升了电池包的整体结构强度，安全性得到了提升；此外，也省去了传统电池包内众多横梁，大大节省了箱体1内部空间，提高了电池包的空间利用率，
以适应安装面积更小的应用场景。
35.在一个实施例中，所述支撑架6沿所述箱体1长度方向并排设置。
36.在一个实施例中，所述底板与所述下层模组单元7之间，以及所述上盖5与所述上层模组单元4之间均设置有液冷板。
37.在一个实施例中，所述支撑板3与所述上层模组单元4之间，以及所述支撑板3与所述下层模组单元7之间均设置有液冷板。
38.在本实用新型中，液冷板并行接入液冷管实现并联连接，可选地，在箱体1外部设置换热装置并与液冷板连接，各个液冷板的一端并行接入液冷管，另一端连接换热装置。各个液冷板内均设有介质流道，介质流道两端口分别为进液口和出液口，进液口连接液冷管，液冷管的进口端接入水箱，液冷管上还设置有控制阀和输送泵，控制阀控制液冷管内的冷却液流量，当模组单元发热量过大时，可通过调节控制阀提高冷却液流量，降低模组单元的温度，提高散热效率。此外，控制阀还可以控制进入不同液冷板的冷却液流量，针对不同模组单元的发热量单独控制相应液冷板内的冷却液流量。各层液冷板的出液口连接换热装置，冷却液由进液口流入液冷板，经过介质流道从出液口流出后进入换热装置进行换热降温。优选地，液冷板的进液口和出液口设置在液冷板的同一侧，这样可以尽可能地延长介质流道的长度，进而增大散热面积，提高散热效率。
39.当然可以了解的是，以上对液冷板的连接关系及其他相关附属结构的详细描述不属于本实用新型的保护范围，也不作为对本实用新型保护范围的进一步限定。
40.在一个实施例中，所述支撑板3为液冷板。
41.在本实用新型中，支撑板3可以集成液冷板结构，即支撑板3即为液冷板，在支撑板3内部设置冷夜流道，在对上层模组单元4起到支撑固定作用的同时也起到散热降温的作用。当然，也可以在支撑板3表面和/或底面额外设置新的液冷板。但优选采用集成液冷板结构，其优势在于，一方面，液冷板和支撑板3的功能合二为一，在紧凑的箱体1内部空间中，省去了额外的液冷系统，减少了电池包重量，在提高电池包整体能量密度的同时，保证了模组单元的冷却散热均效果。在不增加额外的液冷系统的前提下，充分利用了两层模组单元之间的支撑板3来布置散热冷却设备，提高新能源乘用车的热管理系统性能和效率。另一方面，上层模组单元4和下层模组单元7可以共用一个液冷板(支撑板3)，模组单元和液冷板直接接触，可以将模组单元的热量直接传递至液冷板并导出，从而针对每一个模组单元进行独立的冷却降温，有效地从模组单元的内部将热量吸收，并将热量通过各层液冷板内的冷液流道及时传导出模组单元。让模组单元中的电芯在工作过程中的温度能够均匀分布，有效地改善模组单元的使用条件，延长模组单元的使用寿命。尤其在发生热失控后，更能快速地将模组单元中的热量带走，进而延缓整个电池包的热失控，不仅导热效率高且电池内部结构简单、组装难度小，还能更好地适应电池系统高度降低的需求。
42.此外，本实用新型在液冷板和模组单元之间可选地设置有导热层，通过设置导热层可以将单个模组单元产生的热量快速传递至液冷板并通过液冷板散热，一旦某个模组单元温度过高发生火灾，能够有效减缓火焰或热量传递到相邻的模组单元，防止危害扩散的同时，增加了危害发生的应急应对时间。
43.需要说明的是，本实用新型对液冷板的结构不作具体要求和特殊限定，现有技术中已公开或新技术中未公开的液冷板及与之相似功能的其他冷却散热结构均可用于本实
用新型中。示例性地，本实用新型提供了一种可选的液冷板的具体结构：液冷板内形成有蛇形的水冷流道，液冷板上设置有进口接头和出口接头。液冷板的至少一侧设置有缓冲层，液冷板对模组单元进行冷却或加热的同时，缓冲层可以吸收冲击能量。
44.在一个实施例中，所述上层模组单元4和所述下层模组单元7均包括至少两个沿水平方向并排设置的电池模组。
45.在另一个实施例中，本实用新型提供了一种电动装置，所述电动装置包括上述实施例提供的具有两层模组单元的电池包。
46.本实用新型中，电池包内由上至下层叠设置有两层模组单元，充分利用箱体1高度方向的内部空间，通过设置凸台8和支撑板3能够方便可靠地对上层模组单元4和下层模组单元7进行固定限位，确保上层模组单元4和下层模组单元7为一体式结构，同时使得上层模组单元4对下层模组单元7的压力完全通过支撑板3和凸台8传递至箱体1侧壁，提高了模组单元整体的结构强度，同时安装拆卸快捷简便，装配效率高，便于批量化生产的动力电池双层模组单元固定结构。保证电池包结构能够适用于车底空间较高的乘用车，亦可适配于比乘用车空间更大、更立体的商用车、特种车等大型车，使用场景更广泛、实用性更高。
47.实施例
48.本实施例提供了一种电池包，所述电池包包括箱体1和上盖5，所述箱体1底部设有底板，如图1和图2所示，所述箱体1内部由下至上依次层叠设置有下层模组单元7、支撑板3和上层模组单元4。
49.箱体1内壁沿水平方向环绕设置有凸台8，支撑板3的外缘通过螺栓固定于凸台8上，箱体1底板上延长度方向设有支撑梁9，支撑板3的底面与支撑梁9的顶面抵接并通过螺栓固定。上盖5与支撑板3之间沿长度方向并排设置有四个支撑架6。
50.本实施例提供的电池包采用上下双层模组单元的布局结构，上层模组单元4的重力通过支撑板3、支撑梁9和凸台8传递至箱体1侧壁，在电池包安装完成后，凸台8、支撑架6、支撑梁9和支撑板3作为重力承载结构件，上层模组单元4对下层模组单元7的压力完全通过凸台8、支撑架6、支撑梁9和支撑板3传递并卸载载荷，不会直接作用在下层模组单元7上，从而对下层模组单元7起到保护作用，同时提高箱体1整体的结构强度，防止箱体1受外力导致变形。此外，凸台8和支撑板3之间、以及支撑梁9和支撑板3之间的固定安装及拆卸方式简便快捷，装配效率高，便于批量化生产。
51.申请人声明，以上所述仅为本实用新型的具体实施方式，但本实用新型的保护范围并不局限于此，所属技术领域的技术人员应该明了，任何属于本技术领域的技术人员在本实用新型揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，均落在本实用新型的保护范围和公开范围之内。