CN108448041A - 一种软包锂离子电池模块及连接方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种软包锂离子电池模块及连接方法,包括若干个电池单元，每个电池单元包括固定框架，固定框架内并排布置有至少两个电芯,在固定框架上卡接有极柱组件，极柱组件包括极柱支撑件和并列布置的正、负极柱，每个电芯具有关于各自中心对称布置的正、负极耳，电芯被安排为极耳沿两排排列且各列极耳分布在极柱两侧，极耳与极柱侧面平行并被电连接到极柱上，多个电池单元层叠布置，在极柱顶面布置有用于将相邻正、负极柱串联的汇流排，汇流排与极柱顶面平行并焊接。本发明在极耳极柱焊接过程中，极耳无需穿入槽孔或折弯，有效简化了电池模块的装配工艺，汇流排无需采用双金属材质，降低了汇流排加工难度和成本。
Description
技术领域
本发明涉及锂离子电池技术领域，尤其是一种软包锂离子电池模块及连接方法。
背景技术
锂离子电池模块包括多个串并联布置的电芯，通过将多个电芯机械连接和电连接形成电池模块。其中，电连接直接影响电池模块的性能，因此更为重要。对于软包电池模块，电连接是指电芯极耳与汇流排的连接。目前软包电池模块的电连接主要采用激光焊接和超声焊接，以激光焊接居多。
现有常见的电池模块,其结构包括若干个正电池单元和负电池单元，正电池单元框架上镶嵌有金属支撑块，正极耳包括两个铝侧板和与铝侧板连接并压在金属支撑块上的铝横板，负电池单元框架上镶嵌有金属支撑块，负极耳包括两个铜侧板和与铜侧板连接并压在金属支撑块上的铜横板；汇流排由固态扩散的铜铝片组成，电连接时将汇流排的铝片与正电池单元的铝横板和支撑块激光焊接，汇流排的铜片与负电池单元的铜横板和支撑块焊接；复杂的极耳结构通常需要对极耳进行冲压折弯或焊接引出片等方式实现，给极耳的制作带来一定的困难，汇流排的两种不同材料通过固态扩散连接，也增加了不同材料连接工序和制作成本的提高。
发明内容
本发明要解决的技术问题是：为了克服现有技术中之不足，本发明提供一种结构简单、焊接可靠性高、加工成本低的软包锂离子电池模块及连接方法，解决现有技术中极耳需要折弯或焊接引出片等预处理以及汇流排采用不同材质连接带来的高成本和连接可靠性风险等问题。
本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：一种软包锂离子电池模块，具有若干个层叠排列的电池单元、对应设在所述电池单元两端的前端板、后端板以及将电池单元和前端板、后端板捆扎在一起的带元件，所述的电池单元具有固定框架和位于固定框架上方的汇流排，固定框架内设有至少两个间隔排列的电芯，电芯上端设有对称于电芯垂直中心线布置且从固定框架上端缺口伸出的正极耳和负极耳，所述的正极耳和负极耳为片状金属板；
所述固定框架上卡接有极柱组件，极柱组件包括极柱支撑件和相距布置在极柱支撑件上的正极柱和负极柱，所述正极柱和负极柱为采用相同金属材质制作的U型片状金属板；
汇流排，其为板状结构，包括用于将相邻正极柱和负极柱串联的串联汇流排、将所述负极柱并联形成模块负极端子的负极汇流排、以及将所述正极柱并联形成模块正极端子的正极汇流排；
所述汇流排之间设有对汇流排进行电隔离的隔离板，隔离板通过卡扣固定在极柱组件上。
为方便定位层叠，所述的固定框架侧壁上设有导向槽和定位凸起，相邻固定框架间的导向槽和定位凸起配合实现层叠电池单元的定位。
为提高电池使用过程中的散热性能，所述的固定框架上采用粘结方式扣合有散热板，散热板上对应导向槽的位置设有确保定位凸起与导向槽正常装配的缺口。
为提高电池单元模块的捆扎牢固性，所述的固定框架和散热板侧面均设置有用于容纳带元件的凹槽。
为提高电池正常使用性，所述的电芯之间设有用于吸收冲击和防止电池鼓胀的缓冲垫。
所述的正极柱和负极柱采用与正、负极耳具有较好焊接粘合性的金属材料，如铜镀镍，以提高焊接性能。
优选地，所述的正极柱和负极柱上设置有向内翘起的止退舌片，极柱支撑件的固定横梁上开设有方形凹槽，止退舌片卡入方形凹槽内实现正极柱和负极柱与极柱支撑件的卡接。
进一步地，所述的极柱支撑件上设置有伞形凸起，伞形凸起***固定框架上的固定圆孔后张开而实现极柱组件在固定框架上的固定。
一种上述电池模块的连接方法，包括以下步骤：
a、将两个或多个电芯安装在已预先扣合好散热板的固定框架内，并在电芯之间设置缓冲垫，采用胶粘接将散热板与固定框架、电芯与缓冲垫固定；
b、将极柱组件安装在所述固定框架上，相邻电芯上的正极耳对应位于正极柱两侧，相邻电芯上的负极耳对应位于负极柱两侧，正极耳与正极柱、负极耳与负极柱侧面保持平行；
c、将激光束指向对应与正极柱、负极柱平行贴合的正极耳、负极耳，使用激光束熔化正极耳、负极耳，在正极耳与正极柱、负极耳与负极柱侧面之间形成冶金结合；
d、将上述电池单元层叠并安装前、后端板，用带元件束紧电池单元，将汇流排安装在极柱组件上面；
e、将激光束指向与极柱顶面平行贴合的汇流排，使用激光束熔化汇流排与正极柱、负极柱重叠的区域，在汇流排与正、负极柱顶面之间形成冶金结合。
本发明的有益效果是：本发明中的正、负极耳和汇流排采用平板式结构件，有效简化了电连接结构的制造难度和成本；汇流排采用单一导电材料，避免了不同材料连接工序和该工序带来的可靠性风险；电连接结构中，正、负极耳与正、负极柱之间、汇流排与正、负极柱之间的电连接均是面接触连接，过流面积大，有效降低了电连接阻抗，大电流充放电过程中不易发热，在使用过程中电连接结构不易松动，连接可靠性高；极柱组件和电池单元采用分体设计，可适用不同的串并联组合，通用性高。
附图说明
下面结合附图和实施例对本发明进一步说明。
图1是本发明的结构示意图。
图2是本发明的分解结构示意图。
图3是本发明所述电池单元的分解结构示意图。
图4是本发明所述极柱组件的分解结构示意图。
图5是本发明的电连接结构剖视图。
图中：1.电池单元 101.散热板 102.固定框架 103.电芯 104.缓冲垫105.定位凸起 106.导向槽 107.缺口 108.凹槽 109.凹槽 110.圆孔111.负极耳 112.正极耳 113.方形缺口 2.极柱组件 201.极柱支撑件202.负极柱 203.正极柱 204.伞形凸起 205.固定卡槽 206.固定横梁207.负极标示 208.正极标示 209.V形凸起 210.固定卡槽 211.止退舌片3.负极汇流排 4.串联汇流排 5.正极汇流排 6.带元件 7.后端板 8.前端板 9.盖板10.隔离板
具体实施方式
现在结合附图对本发明作进一步详细的说明。这些附图均为简化的示意图，仅以示意方式说明本发明的基本结构，因此其仅显示与本发明有关的构成。
如图1、图2所示的一种软包锂离子电池模块，包括若干个以叠置方式布置的电池单元1、设在电池单元1前端的前端板8、设在电池单元1后端的后端板7以及将电池单元1和前端板8、后端板7捆扎在一起的带元件6，电池单元1上部安装有盖板9，用于覆盖整个电池模块的电连接结构使其不向外暴露。
所述电池单元1包括固定框架102和位于固定框架102上方的汇流排，与固定框架102前端面及两侧面相贴合并通过粘接剂粘合有散热板101，所述固定框架102内设有两个间隔排列的电芯103，所述电芯103上端设有对称于电芯103垂直中心线布置且从固定框架102上端缺口伸出的正极耳112和负极耳111，所述的正极耳112和负极耳111为片状金属板，位于两个电芯103之间设有用于吸收冲击和防止电池鼓胀的缓冲垫104。
固定框架102上安装有骑跨在两个电芯103之间的极柱组件2，所述极柱组件2上设有相对于其中心线对称布置的负极柱202和正极柱203，其中两个电芯103的两个负极耳111分别位于负极柱202两侧，两个电芯103的两个正极耳112分别位于正极柱203两侧，通过激光束将正极耳112与正极柱203、负极耳111与负极柱202相焊接形成冶金结合。
所述汇流排包括负极汇流排3、串联汇流排4和正极汇流排5，汇流排安装在电池单元1上部的负极柱202和正极柱203上方，通过激光将汇流排与对应的负极柱202和正极柱203焊接在一起。负极汇流排3与串联汇流排4之间、串联汇流排4与正极汇流排5之间均设置有隔离板10，用于对汇流排进行电隔离，提高电池模块安全性，所述隔离板10通过卡扣固定在极柱组件2上。
电池单元1的具体结构如图3所示，电池单元1包括散热板101、固定框架102、电芯103和缓冲垫104，在固定框架102侧壁上设置有定位凸起105和导向槽106，一个电池单元1的定位凸起***相邻电池单元1的导向槽内，方便电池单元1的叠置装配；散热板101上与导向槽106对应的位置设置有缺口107，以保证定位凸起105可以穿过散热板101***导向槽106内；散热板101和固定框架102上所对应的位置分别设置有凹槽108和109，用于容纳带元件6，防止其使用过程中移位；固定框架102设置成回形框架结构，以保证电芯103表面与散热板101的热接触；固定框架102上端设置有两个对称布置的方形缺口113，正极耳112和负极耳111从该方形缺口113伸出固定框架102上端；固定框架102上端面两侧设置有用于安装极柱组件2的圆孔110，电池单元1内的两个电芯103可以布置为负极耳111均朝向X侧，也可以布置为均与X向反向，由此形成的两种电池单元1根据不同的数量进行配置，可以形成不同串并联形式的电池模块。
如图4所示，所述极柱组件2具有极柱支撑件201、负极柱202和正极柱203，正极柱203和负极柱202为采用相同金属材质制作的U型片状金属板，通过负极柱202和正极柱203上的止退舌片211与极柱支撑件201上的固定卡槽205、210卡接，将负极柱202和正极柱203固定在极柱支撑件201的固定横梁206上。极柱支撑件201上设置有负极标示207和正极标示208，用于辨识极柱类型，方便电池单元1按设计的串并联形式堆叠以及汇流排在正确位置上的安装。
极柱组件2安装时，正极柱203介于两个正极耳112之间并与正极耳112焊接，负极柱202介于两个负极耳111之间并与负极耳111焊接。正极柱203和负极柱202采用同种金属材质铜镀镍制作，以保证汇流排可以采用单一金属材质并能与极柱牢固焊接。极柱支撑件201下部设置有伞形凸起204，伞形凸起204***固定框架102上的圆孔110，实现极柱组件2在固定框架102上的安装。极柱支撑件201下部具有V形凸起209，在极柱组件2安装在固定框架102上时，V形凸起209将两个正极耳112分开在正极柱203两侧，两个负极耳111分开在负极柱202两侧。
如图5所示，电池单元1进行电连接时，固定框架102内的两个电芯103的两个正极耳112和负极耳11分别配置在对应的正极柱203和负极柱202的两侧，并与正极柱203和负极柱202侧面平行，正极柱203和负极柱202保持平整、竖直的初始状态，通过激光束将所述极耳与极柱侧壁焊接在一起，实现极耳与极柱的面接触和电连接，其中正极耳112与正极柱203焊接，负极耳111与负极柱202焊接。将所述汇流排布置在八个极柱上表面上(图5仅示出其中三个负极柱202)，使用激光束熔化汇流排与极柱重叠的区域，实现汇流排与极柱的面接触和电连接。其中正极汇流排5与四个用于电池模块电能输出的正极柱203焊接，负极汇流排3与四个用于电池模块电能输出的负极柱202焊接，串联汇流排4与四个正极柱203和四个负极柱202焊接实现模块内电芯的并联和串联。在其它实施例中，汇流排可以与不同数量的极柱电连接，以形成不同串并联形式的电池模块。
以上述依据本发明的理想实施例为启示，通过上述的说明内容，相关工作人员完全可以在不偏离本项发明技术思想的范围内，进行多样的变更以及修改。本项发明的技术性范围并不局限于说明书上的内容，必须要根据权利要求范围来确定其技术性范围。
Claims (9)
1.一种软包锂离子电池模块，具有若干个层叠排列的电池单元、对应设在所述电池单元两端的前端板、后端板以及将电池单元和前端板、后端板捆扎在一起的带元件，其特征是：所述的电池单元具有固定框架和位于固定框架上方的汇流排，固定框架内设有至少两个间隔排列的电芯，电芯上端设有对称于电芯垂直中心线布置且从固定框架上端缺口伸出的正极耳和负极耳，所述的正极耳和负极耳为片状金属板；
所述固定框架上卡接有极柱组件，极柱组件包括极柱支撑件和相距布置在极柱支撑件上的正极柱和负极柱，所述正极柱和负极柱为采用相同金属材质制作的U型片状金属板；
汇流排，其为板状结构，包括用于将相邻正极柱和负极柱串联的串联汇流排、将所述负极柱并联形成模块负极端子的负极汇流排、以及将所述正极柱并联形成模块正极端子的正极汇流排；
所述汇流排之间设有对汇流排进行电隔离的隔离板，隔离板通过卡扣固定在极柱组件上。
2.如权利要求1所述的软包锂离子电池模块，其特征是：所述的固定框架侧壁上设有导向槽和定位凸起，相邻固定框架间的导向槽和定位凸起配合实现层叠电池单元的定位。
3.如权利要求2所述的软包锂离子电池模块，其特征是：所述的固定框架上采用粘结方式扣合有散热板，散热板上对应导向槽的位置设有确保定位凸起与导向槽正常装配的缺口。
4.如权利要求3所述的软包锂离子电池模块，其特征是：所述的固定框架和散热板侧面均设置有用于容纳带元件的凹槽。
5.如权利要求1所述的软包锂离子电池模块，其特征是：所述的电芯之间设有用于吸收冲击和防止电池鼓胀的缓冲垫。
6.如权利要求1所述的软包锂离子电池模块，其特征是：所述的正极柱和负极柱采用与正、负极耳具有较好焊接粘合性的金属材料，如铜镀镍。
7.如权利要求1所述的软包锂离子电池模块，其特征是：所述的正极柱和负极柱上设置有向内翘起的止退舌片，极柱支撑件的固定横梁上开设有方形凹槽，止退舌片卡入方形凹槽内实现正极柱和负极柱与极柱支撑件的卡接。
8.如权利要求1所述的软包锂离子电池模块，其特征是：所述的极柱支撑件上设置有伞形凸起，伞形凸起***固定框架上的固定圆孔后张开而实现极柱组件在固定框架上的固定。
9.一种权利要求1所述电池模块的连接方法，包括以下步骤：
a、将两个或多个电芯安装在已预先扣合好散热板的固定框架内，并在电芯之间设置缓冲垫，采用胶粘接将散热板与固定框架、电芯与缓冲垫固定；
b、将极柱组件安装在所述固定框架上，相邻电芯上的正极耳对应位于正极柱两侧，相邻电芯上的负极耳对应位于负极柱两侧，正极耳与正极柱、负极耳与负极柱侧面保持平行；
c、将激光束指向对应与正极柱、负极柱平行贴合的正极耳、负极耳，使用激光束熔化正极耳、负极耳，在正极耳与正极柱、负极耳与负极柱侧面之间形成冶金结合；
d、将上述电池单元层叠并安装前、后端板，用带元件束紧电池单元，将汇流排安装在极柱组件上面；
e、将激光束指向与极柱顶面平行贴合的汇流排，使用激光束熔化汇流排与正极柱、负极柱重叠的区域，在汇流排与正、负极柱顶面之间形成冶金结合。
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