CN102306717B - 一种电动汽车用动力锂离子电池包及其制作方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种电动汽车用锂离子动力电池包及其制作方法，所述电动汽车用锂离子动力电池包，包括电池包壳体及与电池包壳体适配的电池包盖，在所述电池包壳体内部设有电池模块；在所述电池模块与所述电池包盖间设有绝缘层I，与电池包盖正对的电池包壳体面及电池模块间设有绝缘层II；所述电池包壳体上设有与电池模块连接的快接插件，位于电池包壳体内部相邻的电池模块相互卡接；所述电动汽车用锂离子动力电池包的制作方法，包括(1)提供电池单体并进行预处理；(2)并联数个电池单体组成电池模块；(3)串联数个电池模块组成电池包；(4)对电池包进行最终处理。本发明能够保证锂离子动力电池包充电均衡、安全性高、使用寿命长。

Description

一种电动汽车用动力锂离子电池包及其制作方法

技术领域

本发明涉及锂离子电池领域，具体涉及一种电动汽车用锂离子电池包及其制作方法。

背景技术

电动汽车作为一种新能源汽车，将引领汽车未来的发展方向。由于锂离子电池具有体积小、重量轻、对环境无污染等优点，由锂离子电池组成的电池包被广泛应用于电动汽车动力电池。对于电动汽车用动力电池，动力电池要具备高比能量、高比功率、长寿命、高安全性四方面要求，对电池包的要求也是如此，这样才能满足当代消费者对动力汽车的需求。对于电动汽车，考虑到其续航里程及行驶速度，需要高容量、高电压的电池包作为驱动电机的电源。电动汽车用电池包的充电均衡性，使用安全性、使用寿命等直接影响电动汽车的动力性能。由于电池包通常由几十个甚至几百个单体电池彼此串并联接而成，为电动汽车动力性考虑，电池包应满足高安全性和高使用寿命要求；这样就要求电池包中每个单体电池使用过程中产生的热量能尽快散发出去，具有相应的冷却结构；又要求电池在使用过程中位置稳固，电池包应具备稳定电池块的紧固结构。现有固定结构采用凹凸咬合结构，这种电池包在电动汽车行驶过程中，其咬合结构很容易松动甚至断裂，难以避免电池包内电池或电池模块位置发生变动，导致串并联连接松动；同时电池或电池模块位置变动可能导致散热风道阻塞，这样会带来很大的安全隐患，并且电池组的管理***不健全，导致电池组的性能不能有效的发挥。

申请号为200920262439.6，名称为“电动汽车用锂离子电池包”的实用新型专利公开了一种用于电池汽车上的锂离子电池包的结构，该专利中电池包中的电池块设置为垂直于电动汽车的纵轴线，进而电池块不会因颠簸沿中心轴线上下运动而与箱体碰撞，从而延长了锂离子电池的使用寿命，改善了锂离子电池包的安全性能。但该锂离子电池包结构具有以下问题：首先，此种技术仅仅适合少量电池块组成的电池包结构；其次，电池块紧固效果不理想，达不到汽车在恶劣工况下对电池块的安装要求，不能满足汽车安全性要求；再其次，靠电池块之间留有间隙散热不能达到很好效果；最后，电池包中没有电池安全保护的管理***，不能对电池内部稳定等实时监测，不能保证电池充电均衡性，不能保证电池包具有高的使用寿命及安全性能。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术的不足，提供一种充电均衡、安全性高、使用寿命长的电动汽车用锂离子动力电池包及其制作方法。

为了实现上述目的，本发明采用的技术方案为：

所述的电动汽车用锂离子动力电池包，包括电池包壳体及与电池包壳体适配的电池包盖，在所述电池包壳体内部设有电池模块；在所述电池模块与所述电池包盖间设有绝缘层I，与电池包盖正对的电池包壳体面及电池模块间设有绝缘层II；所述电池包壳体上设有与电池模块连接的快接插件，位于电池包壳体内部相邻的电池模块相互卡接。

所述电池模块，包括电池模块壳体，在电池包壳体内相邻电池模块壳体上设有对应的燕尾槽及凸块结构，相邻电池模块通过燕尾槽配合凸块的方式卡接。

在所述绝缘层I与所述电池包盖间设有用于压紧所述电池模块的模块压条。

所述电池模块，除包括电池模块壳体，还包括与电池模块壳体适配的模块上盖及模块下盖，在所述电池模块壳体内部设有电池单体，在模块下盖上设有用于安装电池单体的隔板，电池单体卡装在相邻的隔板间。

在所述模块上盖上设有限位条，所述限位条卡在相邻的电池单体之间。

在所述电池模块的输出端连接BMS管理***和均衡器。

所述电池包壳体及所述电池包盖由不锈钢钢板焊接而成；所述绝缘层I及绝缘层II由聚丙烯绝缘材料制成。

所述电池单体通过金属制的优选铜集流排进行并联或串联成电池模块。

在模块上盖与电池单体间设有连接铜牌，电池单体极柱通过连接铜牌连接；电池模块相互间采用连接软铜牌连接。

所述的电动汽车用锂离子动力电池包的制作方法，包括以下步骤；

(1)提供电池单体并进行预处理；

(2)并联数个电池单体组成电池模块；

(3)串联数个电池模块组成电池包；

(4)对电池包进行最终处理；

具体为：

首先，制作各个零部件，选取设有防爆阀***装置的电池单体，将锂离子电池单体进行振动处理，然后在常温下搁置15天处理，然后通过测量每个电池的内阻、电压、重量并考察电池电压降来挑选合格的预配组电池单体；对合格的预配组电池单体进行1C充放电三个循环，通过测试数据，使用制作好的零部件，对电池单体进行配组，配组完成后并联成所需的电池模块；

其次将电池模块进行1C充放电两个循环，根据测试数据挑选出合格的电池模块组合充电，然后搁置24h时间，使用制作好的零部件，将合格的电池模块进行配组串联成所需的高电压电池包；

对电池包进行防水，防尘，防短路处理，电池包四周设置加固绝缘环氧树脂板，用于绝缘紧固；电池包输出端采用防护型橡胶件；电池包的输出端连接高压保护***。

本发明的有益效果在于：

所述电动汽车用锂离子动力电池包及其制作方法，首先，采用电池单体放入电池模块中固定，电池模块通过燕尾槽结构进行组合固定，然后通过模块压条结构将所有电池模块进一步紧固在电池包中；一方面电池单体、电池模块固定性好，另一方面电池单体之间、电池模块之间能够形成了多个散热通道，而不需要在模块之间单独增设通风通道，节约了电池包空间以及生产成本，且有利于电池的散热；模块下盖上设有隔板，模块上盖上设有限位条，电池模块壳体上设有燕尾槽结构；燕尾槽和凸块间无相对位移，电池单体、电池模块不会窜动；所述锂离子动力电池包不仅内部结构稳定，安全性高，且内部散热性好，使用寿命长；

其次，增加了单体电池和电池模块新的配组方案，电池模块连接采用软连接方式，不接触热源，这样不会损坏电池包；

再次，每个电池模块都增加了BMS***和均衡管理器，电池组增加了ADS(高压控制)管理***；锂离子动力电池包内部充电均衡，进一步电池安全性和使用寿命；

最后，所述电动汽车用锂离子动力电池包结构合理、组装工艺简单、电池包安全可靠，成本不高，同时能够适用于多电池单体组装的方式。

附图说明

下面对本发明说明书各幅附图表达的内容及图中的标记作简要说明：

图1为本发明电动汽车用锂离子动力电池包结构示意图；

图2为图1中电动汽车用锂离子动力电池包的***图；

图3为图2电动汽车用锂离子动力电池包中电池模块的***图；

图4为图3中电池模块的电池模块壳体俯视图；

图5为图3中电池模块的模块上盖主视图；

图6为本发明电动汽车用锂离子动力电池包中快接插件结构示意图；

图7为本发明电动汽车用锂离子动力电池包中电池模块上的连接铜牌结构示意图；

图8为本发明电动汽车用锂离子动力电池包中电池模块上的连接软铜牌结构示意图；

图9为图3中电池模块的模块上盖上的采集线孔和采集线路槽放大图；

上述图中的标记均为：

1、电池包壳体，2、电池包盖，3、电池模块，4、绝缘层I，5、绝缘层II，6、快接插件，7、模块压条，31、电池模块壳体，32、模块上盖，33、模块下盖，34、电池单体，35、隔板，36、下盖散热孔，37、连接铜牌，38、上盖散热孔，311、凸块，312、燕尾槽，321、限位条。

具体实施方式

下面对照附图，通过对最优实施例的描述，对本发明的具体实施方式作进一步详细的说明。

如图1至图6所示，所述的电动汽车用锂离子动力电池包，包括电池包壳体1及与电池包壳体1适配的电池包盖2，在电池包壳体1内部设有电池模块3；在电池模块3与电池包盖2间设有绝缘层I 4，与电池包盖2正对的电池包壳体1面及电池模块3间设有绝缘层II 5；电池包壳体1上设有与电池模块3连接的快接插件6，位于电池包壳体1内部相邻的电池模块3相互卡接。

所述电动汽车用锂离子动力电池包，位于电池包壳体1内部的相邻电池模块3相互卡接，电池模块3可以稳定的安装于电池包壳体1内部，最大限度的保证了电池模块3不会发生相对移动，能够保证电池包的使用安全性。

电池模块3，包括电池模块壳体31，为进一步保证相邻电池模块3的连接稳定性，在电池包壳体1内相邻电池模块壳体31上设有对应的燕尾槽312及凸块311结构，位于电池包壳体1内部的相邻电池模块3通过燕尾槽312配合凸块311的方式卡接。电池模块壳体31上的燕尾槽312设计，最大限度上保证了相邻电池模块3之间组装后不会发生变动，避免了电池模块3在电池包内固定不稳定而带来的安全隐患。

为进一步保证电池模块3在电池包壳体1内部的安装稳定性，所述的电动汽车用锂离子动力电池包，在绝缘层I 4与电池包盖2间设有用于压紧电池模块3的模块压条7。在模块压条7的压紧作用下，电池模块3可以更加稳定的装于电池包壳体1内部，进一步保证相邻电池模块3之间组装后不会发生变动，避免了电池模块3在电池包内固定不稳定而带来的安全隐患。

快接插件6为电连接器，其型号选择由电池包所要求工作电流的大小而定，其用连接软铜牌(如图7所示)或软电缆线与电池包内电池连接，用电器及可与快接插件6的另一端相连，使用时可快速插接与更换。

电池包壳体1，由不锈钢钢板焊接而成，可根据实际承重需要，选择不同厚度的不锈钢钢板，电池包壳体1内外表面进行绝缘处理。

绝缘层I 4及绝缘层II 5，选择聚丙烯绝缘材料，做成板材，此种材料具有高防火等级、高耐电压性、高稳定性、长寿命等优点。

模块压条7由方钢两面打孔、攻丝后，表面进行绝缘处理，最后用热缩管将其热缩，其使用时，让其紧紧的压在绝缘层I 4上，最后用螺栓通过相匹配的垫片、弹簧垫圈及电池模块3锁紧在电池包壳体1上。

电池包盖2由不锈钢钢板翻边焊接而成，其厚度要考虑其用途而定，也可用塑料制成电池包盖2。

要保证电池包具备安全性高、使用寿命长，构成电池模块3的电池需稳定安装于电池模块壳体31内部，同时电池及电池之间的散热应当良好。所述电池模块3，除包括电池模块壳体31，还包括与电池模块壳体31适配的模块上盖32及模块下盖33，在所述电池模块壳体1内部设有电池单体34，在模块下盖33上设有用于安装电池单体34的隔板35，电池单体34卡装在相邻的隔板35间，电池单体34不仅能够稳定安装于电池模块壳体1内部，同时相邻的电池单体34形成散热结构，便于电池单体34的散热冷却；隔板35的数量及隔板35大小可根据电池模块3内电池单体34数量及外型尺寸而定。

同时，在电池模块壳体31外侧四壁带有燕尾槽312或凸块311，这样电池包壳体1内相邻的电池模块3上的燕尾槽312与凸块311配合，一方面电池模块3相互之间的连接稳定，避免电池模块3在电池包内窜动；另一方面相邻的电池模块3之间形成散热结构，便于电池模块3的散热。按实际散热要求，电池模块壳体31外侧设置一部分散热孔及正、负极引线孔。

为进一步保证电池单体34安装稳定性，在模块上盖32上设有限位条321，限位条321设于相邻的电池单体34之间；组装电池模块3时，先将电池单体34放入电池模块壳体31里，在隔板35作用下电池单体34紧固；在模块上盖32上的限位条321的作用下，电池单体34另一侧受到压紧作用，电池单体34进一步紧固，能够有效避免电池单体34窜动；按连线要求，将电池正、负极连接起来；在与模块上盖32上设有上盖散热孔38，在模块下盖33上设有下盖散热孔36。

模块上盖32、模块下盖33、电池模块壳体31，可根据实际需要设计通孔，并且安装有风扇进行空冷，有利于电池的散热。

电池单体34全部通过金属制的优选铜集流排进行并串联成电池模块。

在每个电池模块3的输出端连接BMS管理***和均衡器，可防止电流过大、防止过充电、防止过放电及防止温度过高，更有时效的保证电池包的充电均衡和稳定，提高电池使用寿命。

电池模块3，模块上盖32采用耐高温强韧性阻燃材料注塑而成，模块上盖32上设有采集线孔和采集线路槽(如图9所示)，有利于电池单体34相互之间的连线；电池单体34为方型锂离子电池，应包含有极柱配套的垫片、弹簧垫圈、螺母；在模块上盖32与电池单体34间设有连接铜牌37(如图8所示)，连接铜牌37(如图8所示)由纯铜或铜合金机械加工而成；连接铜牌37(如图8所示)的孔间距根据实际情况而定，孔的数量根据实际电池串并联数而定，然后用热缩管将连接铜牌37(如图8所示)热缩，再去除其多余部分；连接软铜牌(如图7所示)用于电池模块3相互间的电路连接，连接软铜牌(如图7所示)由纯铜或铜合金板将铜网线压紧，并使用点焊机将金属板与铜网线焊牢，然后用热缩管将连接软铜牌(如图7所示)热缩，再去除其多余部分。

所述锂离子电池包的制作方法，包括以下步骤；

(1)制作各个零部件，提供电池单体并进行预处理；

(2)并联数个电池单体组成电池模块；

(3)串联数个电池模块组成电池包；

(4)对电池包进行最终处理；

具体为：

首先，制作各个零部件，选取设有防爆阀***装置的电池单体，将锂离子电池单体进行振动处理，然后在常温下搁置15天处理，并通过测量每个电池的内阻、电压、重量并考察电池电压降来挑选合格的预配组电池单体，并对合格的预配组电池单体进行1C充放电(即以一倍于电池额定容量的电流对电池完成充电和放电)三个循环，通过测试数据，使用制作好的零部件，对电池单体进行配组，配组完成后并联成所需的电池模块；

其次将电池单元模块进行1C充放电两个循环，根据测试数据挑选出合格的电池模块组合充电，然后搁置24h时间，使用制作好的零部件，将合格的电池模块进行配组串联成所需的高电压电池包；

对电池包进行防水，防尘，防短路处理，电池包四周加固绝缘环氧树脂板，用于绝缘，并起到紧固的作用，电池包输出端采用防护型橡胶件，这样不会因长时间搁置而造成电池的破坏；电池包的输出端连接有ADS***(高压保护***)，保证电池组的安全。

电池模块组合过程全部采用铜网软连接，不接触热源，这样不会损坏电池。

在每个电池模块的输出端连接有BMS管理***和均衡器，对每个电池的电压，温度，电流状态，荷电状态进行检测，当某个电池单元模块有问题时，就会有报警指示，提醒操作人员，其可防止电流过大、防止过充电、防止过放电及防止温度过高，更有时效的保证电池组的均衡和稳定，提高电池使用寿命。

所述锂离子电池包的制作装配，具体操作过程如下：

首先，按电池包所要求工作电流的大小选择快接插件6的型号；用选定厚度的不锈钢钢板焊接出电池包壳体1，并在电池包壳体1内外表面进行绝缘处理；

选择合适厚度的聚丙烯绝缘板，按照电池包壳体1内底面大小，裁出绝缘层I 4和绝缘层II 5；选择合适尺寸的方钢，在方钢两面打孔、攻丝后，表面进行绝缘处理，最后用热缩管将其热缩，完成模块压条7的制作；

选择合适厚度的不锈钢钢板或塑料制成电池包上盖2；选择耐高温强韧性阻燃材料，注塑出具有采集线孔、上盖散热孔38和采集线路槽的模块上盖32，注塑出具有隔板35和下盖散热孔36的模块下盖33；

对生产的电池配组后，由于电池本体34外壳为金属壳，需在电池本体34顶盖上表面和底壳下表面进行绝缘处理，最后在电池本体34表面用热缩膜在电池热缩，同时还要准备好与电池单体34极柱配套的垫片、弹簧垫圈和螺母；

按电池包所要求工作电流的大小选择合适宽度和厚度的纯铜或铜合金条，根据设计要求机械加工出连接铜牌37(如图8所示)，然后用热缩套将连接铜牌37(如图8所示)整根热缩，最后去除热缩管多余部分；

按电池包所要求工作电流的大小选择合适的铜网线，用纯铜或铜合金板将铜网线压紧，再用点焊机将其两部分焊接在一起，制作出连接软铜牌(如图7所示)后，用热缩套将接软铜牌整根热缩，最后去除热缩管多余部分；根据实际情况选择合适厚度和宽度的包装带；

先组装电池模块3，要先将电池单体34放入模块下盖33内；由于设计的装配间隙，电池单体34卡在模块下盖33的隔板35间；

将连接铜牌37(如图8所示)套在电池单体34的极柱上，再将通过采集线孔的电压采集线或温度采集线套在极柱上，再将电池模块3间的连接软铜牌(如图7所示)套在极柱上；

依次在电池单体34极柱上放上垫片、弹簧垫圈，最后用螺母拧紧，扣上模块上盖32，使模块上盖32内的限位条321压在相邻的电池单体34间，模块上盖32四边的壁能将电池单体34卡在模块上盖32上，使模块上盖32与电池单体34不会相对移动；

将采集线放入采集线路槽内，再使用热熔胶枪将采集线固定在采集线路槽内；在电池模块3上打上包装带；包装带放入模块上盖32和模块下盖33上的槽内，最后再用气动打包机，将包装带打紧在电池模块3上，依次将电池模块3打包，最后将放入电池包壳体1内的整组电池模块3打包；

组装电池包，将绝缘层II 5粘贴在电池包壳体1内部底面上，然后将整组电池模块3放入电池包壳体1内，四面塞一些软橡胶片，使电池模块3与电池包壳体1内壁紧挤在一起；

将快接插件6安装在电池包壳体1上，将其与将整组电池模块3引出的连接软铜牌(如图7所示)一端相连；将采集线束用波纹管保护起来，最后通过在电池包壳体1上预留的采集线孔，电池包壳体1上采集线孔要做好密封；

将绝缘层I 4粘贴在整组电池模块3上面，然后将绝缘层I 4与电池包壳体1间的缝隙处做好密封；将模块压条7用螺栓固定在电池包壳体1上，且模块压条7紧紧压在绝缘层I 4上，如不能紧紧压住，应在模块压条7与绝缘层I 4上一些软橡胶片；最后将电池包盖2通过螺栓等形式安装在电池包壳体1上。

上面对本发明进行了示例性描述，显然本发明具体实现并不受上述方式的限制，只要采用了本发明的方法构思和技术方案进行的各种非实质性的改进，或未经改进将本发明的构思和技术方案直接应用于其它场合的，均在本发明的保护范围之内。

Claims (5)

1.一种电动汽车用锂离子动力电池包，包括电池包壳体（1）及与电池包壳体（1）适配的电池包盖（2），在所述电池包壳体（1）内部设有电池模块（3）；在所述电池模块（3）与所述电池包盖（2）间设有绝缘层Ⅰ（4），与电池包盖（2）正对的电池包壳体（1）面及电池模块（3）间设有绝缘层Ⅱ（5）；所述电池包壳体（1）上设有与电池模块（3）连接的快接插件（6），其特征在于：位于电池包壳体（1）内部相邻的电池模块（3）相互卡接；

在所述绝缘层Ⅰ（4）与所述电池包盖（2）间设有用于压紧所述电池模块（3）的模块压条（7）；模块压条（7）由方钢两面打孔、攻丝后，表面进行绝缘处理，用热缩管将其热缩；

所述绝缘层Ⅰ（4）粘贴在整组电池模块（3）上面，然后在所述绝缘层Ⅰ（4）与所述电池包壳体1间的缝隙处做好密封；再将所述模块压条（7）用螺栓固定在所述电池包壳体（1）上，且所述模块压条（7）紧紧压在所述绝缘层Ⅰ（4）上，如不能紧紧压住，在所述模块压条（7）与所述绝缘层Ⅰ（4）上加软橡胶片；最后将所述电池包盖（2）通过螺栓安装在电池包壳体（1）上；

所述电池模块（3），除包括电池模块壳体（31），还包括与电池模块壳体（31）适配的模块上盖（32）及模块下盖（33），在所述电池模块壳体（1）内部设有电池单体（34），在模块下盖（33）上设有用于安装电池单体（34）的隔板（35），电池单体（34）卡装在相邻的隔板（35）间；

在所述模块上盖（32）上设有限位条（321），所述限位条（321）卡在相邻的电池单体（34）之间；

在所述电池模块（3）的输出端连接BMS管理***和均衡器；

在模块上盖（32）与电池单体（34）间设有连接铜牌（37），电池单体（34）极柱通过连接铜牌（37）连接；电池模块（3）相互间采用连接软铜牌连接。

2.按照权利要求1所述的电动汽车用锂离子动力电池包，其特征在于：所述电池模块（3），包括电池模块壳体（31），在电池包壳体（1）内相邻电池模块壳体（31）上设有对应的燕尾槽（312）及凸块（311）结构，相邻电池模块（3）通过燕尾槽（312）配合凸块（311）的方式卡接。

3.按照权利要求2所述的电动汽车用锂离子动力电池包，其特征在于：所述电池包壳体（1）及所述电池包盖（2）由不锈钢钢板焊接而成；所述绝缘层Ⅰ（4）及绝缘层Ⅱ（5）由聚丙烯绝缘材料制成。

4.按照权利要求3所述的电动汽车用锂离子动力电池包，其特征在于：所述电池单体（34）通过铜集流排进行并联或串联成电池模块（3）。

5.一种按照权利要求1至4任一项所述的电动汽车用锂离子动力电池包的制作方法，其特征在于：包括以下步骤；

（1）制作零部件，提供电池单体并进行预处理；

（2）并联数个电池单体组成电池模块；

（3）串联数个电池模块组成电池包；

（4）对电池包进行最终处理；

具体为：

首先，制作零部件，选取设有防爆阀***装置的电池单体，将锂离子电池单体进行振动处理，然后在常温下搁置15天处理，然后通过测量每个电池的内阻、电压、重量并考察电池电压降来挑选合格的预配组电池单体；对合格的预配组电池单体进行1C充放电三个循环，通过测试数据，使用制作好的零部件，对电池单体进行配组，配组完成后并联成所需的电池模块；

其次将电池模块进行1C充放电两个循环，根据测试数据挑选出合格的电池模块组合充电，然后搁置24h时间，使用制作好的零部件，将合格的电池模块进行配组串联成所需的高电压电池包；

对电池包进行防水，防尘，防短路处理，电池包四周设置加固绝缘环氧树脂板，用于绝缘紧固；电池包输出端采用防护型橡胶件；电池包的输出端连接高压保护***。

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