CN114665230A - 电芯、电池模组和车辆 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种电芯、电池模组和车辆。电芯包括：电芯主体，电芯主体具有相对的第一侧面和第二侧面以及端部；第一极柱，第一极柱位于端部上并靠近第一侧面，在第一极柱上设有垂直于第一侧面向外伸出的至少一个顶针，在每个顶针的外周上设有锁槽；和第二极柱，第二极柱位于端部上并靠近第二侧面，在第二极柱内设有开口背对顶针的至少一个卡孔，在每个卡孔内设有弹性件，卡孔配置成可接纳相邻电芯的对应顶针并且弹性件配置成可与锁槽相配以将顶针锁定在卡孔中。本发明电芯在组装成电池模组时，相邻电芯的极柱之间可直接相连并且使电芯与电芯之间形成牢固的连接。另外，可以根据车型使用本发明电芯定制电池模组，使电池模组的空间利用率实现最大化。

Description

电芯、电池模组和车辆
技术领域
本发明涉及车辆技术领域，具体地涉及电芯、电池模组和车辆。
背景技术
随着生活水平的不断提高，汽车已经成为当今人们生活必不可少的交通工具之一。然而，传统燃油车的普及在一定程度上造成了能源危机与环境污染。人类当下正面临着交通能源动力***的第三次大变革，即以电力和动力电池替代石油和内燃机，将人类带入清洁能源时代。由此，新能源汽车正在被逐渐推广与适用。
新能源汽车的动力电池一般可分为锂离子电池、镍氢电池、燃料电池、铅酸电池和超级电容器。锂电池具备容量高、使用寿命长、绿色环保、安全性能好等优点，因此锂电池正在逐渐取代其他新能源电池。然而，传统的锂电池需要借助激光焊接设备来完成电池模组的组装，这不仅消耗了大量的能源，也增加了电池模组组装的设备投入，不符合我们国家当前提出的碳中和、碳达峰的节能减排的要求。另外，电池模组采用焊接这种连接方式也不便于后期拆卸和更换电芯。
在现有技术中已经存在无须采用焊接工艺即可将电芯连接的设计。中国实用新型专利申请CN213546527U公开了一种凹陷式极柱、连接片及电池模组。该实用新型通过在电芯极柱的顶端设置插孔，在进行多个电芯连接时，只需将连接片的连接端***极柱上的插孔中卡紧即可，在需要分离连接片与电芯极柱时，只需要用力将连接端从插孔中拔出即可，与焊接连接方式相比，连接操作简单方便，便于后期对电芯维修替换或者回收再利用。然而，这种设计需要借助连接片，无法使相邻电芯的极柱直接相连，也不能使电池模组的空间利用率达到最大化。
因此，本领域需要一种新的技术方案来解决上述问题。
发明内容
为了解决现有技术中的上述问题，即为了解决现有技术中电芯组装时无法保证电池模组空间利用率达到最大化的技术问题，本发明提供一种电芯。该电芯包括电芯主体，所述电芯主体具有相对的第一侧面和第二侧面以及端部；第一极柱，所述第一极柱位于所述端部上并靠近所述第一侧面，在所述第一极柱上设有垂直于所述第一侧面向外伸出的至少一个顶针，在每个所述顶针的外周上设有锁槽；和第二极柱，所述第二极柱位于所述端部上并靠近所述第二侧面，在所述第二极柱内设有开口背对所述顶针的至少一个卡孔，在每个所述卡孔内设有弹性件，所述卡孔配置成可接纳相邻所述电芯的对应所述顶针并且所述弹性件配置成可与所述锁槽相配以将所述顶针锁定在所述卡孔中。
在本发明电芯中，第一极柱和第二极柱位于电芯主体的同一端部上，并且第一极柱上设有垂直于电芯的第一侧面向外伸出的至少一个顶针，在每个顶针的外周上设有锁槽；在第二极柱内设有开口背对顶针的至少一个卡孔，在每个卡孔内设有弹性件，卡孔配置成可接纳相邻电芯的顶针并且弹性件与锁槽能够相配使得顶针锁定在卡孔中。通过在电芯的第一极柱上设置顶针并在第二极柱上设置可与顶针形成互锁的卡孔，使得电芯与相邻电芯之间的极柱能够直接连接，并且弹性件和锁槽的设计可以将顶针锁定在卡孔中，进而保证电芯之间的牢固连接。通过极柱的直接相连，还可以保证电芯组装的空间利用率达到最大化。
在上述电芯的优选技术方案中，所述第一极柱具有从所述第一侧面垂直地向外凸出的凸出部，并且所述第二极柱从所述第二侧面凹进以在所述第二极柱与所述第二侧面之间形成缺口，所述缺口配置成可至少部分接纳相邻所述电芯的所述第一极柱的所述凸出部。通过上述的设置，电芯的缺口可以与相邻电芯的凸出部配合，可提高电芯组装的空间利用率，进而提高了电池模组的比能量。
在上述电芯的优选技术方案中，所述缺口配置成可完全接纳所述凸出部，使得所述电芯的所述第二侧面可接触相邻所述电芯的所述第一侧面。通过上述的设置，电芯的缺口可以与相邻电芯的凸出部在形状上完全匹配，使得电芯组装的空间利用率得到进一步地提高，进而进一步提高了电池模组的比能量。
在上述电芯的优选技术方案中，所述第一极柱的所述凸出部和所述缺口分别为长方体形或正方体形。长方体形或正方体形为应用广泛的规则结构，将相互配合的凸出部与缺口设计成长方体形或正方体形，有利于电芯的组合与拼接，也易于电芯的生产制造。
在上述电芯的优选技术方案中，所述电芯主体为长方体形，所述顶针从所述第一侧面垂直地向外伸出，并且所述卡孔的所述开口位于所述第二侧面上。采用这种配置的电芯主体为规则的长方体形，因此也使其更便于制造。
在上述电芯的优选技术方案中，在所述电芯主体内部靠近所述端部设有盖板，所述弹性件与所述盖板形成了固定连接。通过上述的设置，可以使弹性件固定在电芯主体内部，有利于电芯极柱的顶针通过锁槽结构与弹性件锁定，进而保证电芯组装的牢固。
在上述电芯的优选技术方案中，沿着所述顶针的长度方向，所述锁槽的长度大于所述弹性件的长度。通过上述的设置，弹性件更容易延伸到锁槽中，可以保证顶针能够卡入到卡孔中并且不影响二者的相互锁定，在电芯需要拆卸时，也易于顶针与卡孔分离。
在上述电芯的优选技术方案中，在所述第二极柱上设有把手，所述把手具有连接部和把手部，所述连接部与所述弹性件形成了固定连接并延伸到所述端部，所述把手部位于所述端部的外侧，并且配置成拉动所述把手部可使所述弹性件压缩。通过上述的设置，当需要将相连的电芯拆卸时，可以从电芯外部拉动把手来使弹性件压缩，从而使顶针脱离卡孔，进而实现电芯的无损拆卸。
在上述电芯的优选技术方案中，所述第一极柱和所述第二极柱与所述电芯主体集成为一体。通过上述的设置，可以使电池模组的空间利用率达到最大化，从而最大程度地提高比能量，达到增加续航能力的最终目的。
在上述电芯的优选技术方案中，所述顶针的材料为铜、铝、铁、银中的任意一种，并且所述卡孔的材料为铜、铝、铁、银中的任意一种。通过上述的设置，相连的顶针与卡孔采用导电性能良好的金属材料可以实现电芯与电芯之间的电连接，从而实现电池模组的基本功能。
在上述电芯的优选技术方案中，所述电芯主体的正负电极片采用的配置形式为卷绕式或叠片式。通过上述的设置，电芯主体的电极片可以采用多种形式，设计灵活，变通性强。
为了解决现有技术中的上述问题，即为了解决现有技术中电芯组装时无法保证电池模组空间利用率达到最大化的技术问题，本发明提供一种电池模组。该电池模组包括多个根据上面任一项所述的电芯，每个所述电芯的顶针***到相邻所述电芯的对应的卡孔中并被锁定在所述卡孔中。通过上述的设置，电池模组中电芯与电芯之间可以通过极柱直接相连，并且通过顶针与卡孔相互锁定能够保证电芯连接的牢固。
在上述电池模组的优选技术方案中，每个所述电芯的第一极柱包括从所述电芯的第一侧面垂直地向外凸出的凸出部，并且每个所述电芯的第二极柱从所述电芯的第二侧面凹进以在所述第二极柱与所述第二侧面之间形成缺口，所述缺口配置成可容纳相邻所述电芯的所述第一极柱的凸出部。通过上述的设置，可以保证电池模组的空间利用率达到最大化，进而有利于提高比能量，达到增加续航能力的最终目的。
在上述电池模组的优选技术方案中，所有所述电芯之间形成了串联或并联电连接。通过上述的设置，电池模组的各电芯之间能够形成电连接，进而实现电池模组的基本功能。
为了解决现有技术中的上述问题，即为了解决现有技术中电芯组装时无法保证电池模组空间利用率达到最大化的技术问题，本发明还提供一种车辆。该车辆包括根据上面任一项所述的电池模组。通过上述的设置，该车辆的电池模组不需要通过激光焊接进行组装，在降低整车制造成本的同时，可以实现电池电芯的无损拆卸和更换。电池模组还可以根据车型进行定制，使电池模组的空间利用率实现最大化，进而提高电池的比能量，达到增加续航能力的最终目的。
方案1.一种电芯，其特征在于，所述电芯包括：
电芯主体，所述电芯主体具有相对的第一侧面和第二侧面以及端部；
第一极柱，所述第一极柱位于所述端部上并靠近所述第一侧面，在所述第一极柱上设有垂直于所述第一侧面向外伸出的至少一个顶针，在每个所述顶针的外周上设有锁槽；和
第二极柱，所述第二极柱位于所述端部上并靠近所述第二侧面，在所述第二极柱内设有开口背对所述顶针的至少一个卡孔，在每个所述卡孔内设有弹性件，所述卡孔配置成可接纳相邻所述电芯的对应所述顶针并且所述弹性件配置成可与所述锁槽相配以将所述顶针锁定在所述卡孔中。
方案2.根据方案1所述的电芯，其特征在于，所述第一极柱具有从所述第一侧面垂直地向外凸出的凸出部，并且所述第二极柱从所述第二侧面凹进以在所述第二极柱与所述第二侧面之间形成有缺口，所述缺口配置成可至少部分接纳相邻所述电芯的所述第一极柱的所述凸出部。
方案3.根据方案2所述的电芯，其特征在于，所述缺口配置成可完全接纳所述凸出部，使得所述电芯的所述第二侧面可接触相邻所述电芯的所述第一侧面。
方案4.根据方案2所述的电芯，其特征在于，所述第一极柱的所述凸出部和所述缺口分别为长方体形或正方体形。
方案5.根据方案1所述的电芯，其特征在于，所述电芯主体为长方体形，所述顶针从所述第一侧面垂直地向外伸出，并且所述卡孔的所述开口位于所述第二侧面上。
方案6.根据方案1所述的电芯，其特征在于，在所述电芯主体内部靠近所述端部设有盖板，所述弹性件与所述盖板形成了固定连接。
方案7.根据方案1所述的电芯，其特征在于，沿着所述顶针的长度方向，所述锁槽的长度大于所述弹性件的长度。
方案8.根据方案1所述的电芯，其特征在于，在所述第二极柱上设有把手，所述把手具有连接部和把手部，所述连接部与所述弹性件形成了固定连接并延伸到所述端部，所述把手部位于所述端部的外侧，并且配置成拉动所述把手部可使所述弹性件压缩。
方案9.根据方案1所述的电芯，其特征在于，所述第一极柱和所述第二极柱与所述电芯主体集成为一体。
方案10.根据方案1所述的电芯，其特征在于，所述顶针的材料为铜、铝、铁、银中的任意一种，并且所述卡孔的材料为铜、铝、铁、银中的任意一种。
方案11.根据方案1所述的电芯，其特征在于，所述电芯主体的正负电极片采用的配置形式为卷绕式或叠片式。
方案12.一种电池模组，其特征在于，所述电池模组包括多个根据方案1-11任一项所述的电芯，每个所述电芯的顶针***到相邻所述电芯的对应的卡孔中并被锁定在所述卡孔中。
方案13.根据方案12所述的电池模组，其特征在于，每个所述电芯的第一极柱包括从所述电芯的第一侧面垂直地向外凸出的凸出部，并且每个所述电芯的第二极柱从所述电芯的第二侧面凹进以在所述第二极柱与所述第二侧面之间形成缺口，所述缺口配置成可容纳相邻所述电芯的所述第一极柱的凸出部。
方案14.根据方案12所述的电池模组，其特征在于，所有所述电芯之间形成了串联或并联电连接。
方案15.一种车辆，其特征在于，所述车辆包括根据方案12-14任一项所述的电池模组。
附图说明
下面结合附图来描述本发明的优选实施方式，附图中：
图1是本发明电芯的实施例的结构示意图；
图2是本发明电芯的另一实施例的结构示意图；
图3是本发明电池模组的实施例的结构示意图；
图4是本发明电池模组的实施例中电芯内部顶针与卡孔配合的示意图。
附图标记列表：
1、电池模组；10、电芯；11、电芯主体；111、第一侧面；112、第二侧面；113、端部；114、盖板；115、缺口；12、第一极柱；121、顶针；211、锁槽；122、凸出部；13、第二极柱；131、卡孔；311、弹性件；132、把手；321、连接部；322、把手部。
具体实施方式
下面参照附图来描述本发明的优选实施方式。本领域技术人员应当理解的是，这些实施方式仅仅用于解释本发明的技术原理，并非旨在限制本发明的保护范围。
需要说明的是，在本发明的描述中，术语“上”、“下”、“左”、“右”、“内”、“外”等指示的方向或位置关系的术语是基于附图所示的方向或位置关系，这仅仅是为了便于描述，而不是指示或暗示所述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发明的限制。此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。
此外，还需要说明的是，在本发明的描述中，除非另有明确的规定和限定，术语“设置”、“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，或一体地连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，还可以是两个元件内部的连通。对于本领域技术人员而言，可根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
为了解决现有技术中电芯组装时无法保证电池模组空间利用率达到最大化的技术问题，本发明提供了一种电芯10。该电芯10包括：电芯主体11，所述电芯主体11具有相对的第一侧面111和第二侧面112以及端部113；第一极柱12，所述第一极柱12位于所述端部113上并靠近所述第一侧面111，在所述第一极柱12上设有垂直于所述第一侧面111向外伸出的至少一个顶针121，在每个所述顶针121的外周上设有锁槽211；和第二极柱13，所述第二极柱13位于所述端部113上并靠近所述第二侧面112，在所述第二极柱13内设有开口背对所述顶针121的至少一个卡孔131，在每个所述卡孔131内设有弹性件311，所述卡孔131配置成可接纳相邻所述电芯10的对应所述顶针121并且所述弹性件311配置成可与所述锁槽211相配以将所述顶针121锁定在所述卡孔131中。
图1是本发明电芯的实施例的结构示意图。如图1所示，电芯10包括电芯主体11、第一极柱12、和第二极柱13。在一种或多种实施例中，电芯主体11内部的正负电极片采用卷绕式。替代地，电芯主体11内部的正负电极片也可以采用叠片式或者其他异形结构。
如图1所示，电芯主体11包括彼此相对的第一侧面111和第二侧面112、以及彼此相对的两个端部。在图1中，将位于电芯主体11的图示上部的端部标注为113。替代地，基于图1所示方位，端部113也可位于电芯主体11的下部。如图1所示，第一侧面111位于电芯主体11的图示左方，第二侧面112位于电芯主体11的图示右方。第一极柱12和第二极柱13与电芯主体11集成为一体，并且位于电芯主体11的上部的端部113上。在一种或多种实施例中，第一极柱12包括凸出部122，凸出部122从第一侧面111垂直地向外凸出。第二极柱13靠近第二侧面112，并且在第二极柱13与第二侧面112之间存在缺口115。在一种或多种实施例中，凸出部122与缺口115为大小相等、形状相同的长方体形。在替代的实施例中，凸出部122和缺口115也可以是正方体形、锥形台状、半球状、或其他任意形状，只要保证工艺可以实现，并且缺口115可以至少部分或者全部地接纳相邻电芯的凸出部122，使得相邻的电芯10之间可以通过极柱直接相连形成电连接。
如图1所示，在一种或多种实施例中，在第一极柱12上设置有两个顶针121。顶针121为细长的圆柱体形的铜针，两个顶针121在水平方向上并排布置，并且垂直于第一侧面111从第一极柱12向外伸出。替代地，两个顶针121可在竖直方向上并排布置。在每个顶针121的外周上设有一个锁槽211，锁槽211位于顶针121的图示的上周壁上，并且沿着顶针121的长度方向在靠近顶针121的外侧(即图示相对左侧)上延伸。在替代的实施例中，顶针121的数量也可以是一个，或者大于两个，只要保证第一极柱12可以通过顶针121与相邻电芯10的第二极柱13形成电连接即可。在替代的实施例中，顶针121也可以是细长的长方体形，或者不规则形状的针状，只要可以保证电芯10之间能够形成电连接即可。在替代的实施例中，顶针121的材料还可以是铝、铁、银、或其他任意的具有优良导电性能的材料。
如图1所示，在一种或多种实施例中，在第二极柱13上设置有两个卡孔131。卡孔131由铜材料制成。两个卡孔131的位置分别与第一极柱12上的两个顶针121的位置相对应，并且卡孔131的开口背对着顶针121。在替代的实施例中，卡孔131的数量也可以是一个，或者大于两个，只要保证相邻电芯10的第一极柱12上的顶针121都能匹配到对应的卡孔131中，并且当顶针121***卡孔131中时，电芯10之间能够形成电连接即可。在替代的实施例中，卡孔131的材料还可以是铝、铁、银、或其他任意的具有优良导电性能的材料。
图2是本发明电芯的另一实施例的结构示意图。如图2所示，在替代的实施例中，电芯主体11还可以是规则的长方体形。替代地，电芯主体11也可以是正方体形。第一极柱12位于端部113上并且靠近第一侧面111，即第一极柱12位于电芯主体11的图示左上角。在第一极柱12上设置有两个顶针121。两个顶针121从第一侧面111垂直地向外伸出。第二极柱13也位于端部113上并且靠近第二侧面112，即第二极柱13位于电芯主体11的图示右上角。在第二极柱13上设置有两个卡孔131，并且两个卡孔131的开口位于第二侧面112上。
图3是本发明电池模组的实施例的结构示意图。如图3所示，在一种或多种实施例中，电池模组1包括5个电芯10。5个电芯10并排布置，并且彼此紧贴在一起。替代地，电芯10的数量也可以是大于1个并且小于5个，或者大于5个，可以根据实际的需求进行配置。每个电芯10的缺口115完全接纳了相邻电芯10的凸出部122，使得第二极柱13和相邻电芯10的第一极柱12直接相接，并且在第二极柱13和相邻电芯10的第一极柱12之间没有间隙，电芯10的第二侧面112与相邻电芯10的第一侧面111也紧贴在一起。电芯10之间通过极柱相接形成串联连接。在替代的实施例中，每个电芯10的缺口115也可以只是部分地接纳相邻电芯10的凸出部122，在电芯10与相邻电芯10之间形成一定的间隙，只要保证电芯10之间能够形成电连接即可。替代地，在电芯10之间也可以形成并联连接。
图4是本发明电池模组的实施例中电芯内部顶针与卡孔配合的示意图。如图4所示，在电芯主体11的内部靠近端部113的位置，设置有盖板114。盖板114与电芯10内部的极耳(图中未示出)通过超声焊接或者激光焊接固定在一起。在一种或多种实施例中，盖板114位于卡孔131的图示上方，并且在卡孔131的对应位置处设有弹性件311。在一种或多种实施例中，弹性件311为弹簧片。替代地，弹性件311也可为弹簧丝或其它合适形式的弹性件。弹性件311通过激光焊接工艺与盖板114连接在一起。替代地，弹性件311与盖板114的固定方式也可以是超声焊接或铆接等。当顶针121***卡孔131中时，弹性件311延伸到顶针121的锁槽211中并在顶针121的长度方向上受到锁槽211的左右两端的端壁的约束，因此在顶针的长度方向上被锁在锁槽211中。在一种或多种实施例中，沿着顶针121的长度方向，锁槽211的长度略大于弹性件311的长度，由此可以保证弹性件311能够容易地延伸到或***到锁槽211之中。
如图4所示，在一种或多种实施例中，在每个弹性件311上都连接有一个把手132。把手132设置在第二极柱上，并且包括连接部321和把手部322。连接部321一端与弹性件311相连，另一端向上延伸至电芯主体11的端部113，并且与把手部322相连。把手部322设置在电芯主体11的端部113的外侧(即图示上方)。当需要将两个相邻的电芯10分离时，只需向上拉动设置在端部113外侧上的把手部322，带动连接部321向上移动，使弹性件311压缩并脱离锁槽211，进而能够将顶针121从卡孔131中拔出，实现电池模组1的无损拆卸。
本发明还涉及具有上述电池模组1的车辆(图中未示出)。在一种或多种实施例中，本发明车辆为纯电动汽车。替代地，该汽车也可以是混合动力汽车、或者其他合适的车辆。该车辆根据自身车型定制电池模组1，并且后续可以根据实际需求对电池模组1进行无损拆卸和更换。车辆通过使用上述的电池模组1，在最大程度上提高了电池的空间利用率，进而提高了电池的比能量，保证车辆具有优秀的续航能力。
至此，已经结合附图所示的优选实施方式描述了本发明的技术方案，但是，本领域技术人员容易理解的是，本发明的保护范围显然不局限于这些具体实施方式。在不偏离本发明的原理的前提下，本领域技术人员可以对相关技术特征作出等同的更改或替换，这些更改或替换之后的技术方案都将落入本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种电芯，其特征在于，所述电芯包括：
电芯主体，所述电芯主体具有相对的第一侧面和第二侧面以及端部；
第一极柱，所述第一极柱位于所述端部上并靠近所述第一侧面，在所述第一极柱上设有垂直于所述第一侧面向外伸出的至少一个顶针，在每个所述顶针的外周上设有锁槽；和
第二极柱，所述第二极柱位于所述端部上并靠近所述第二侧面，在所述第二极柱内设有开口背对所述顶针的至少一个卡孔，在每个所述卡孔内设有弹性件，所述卡孔配置成可接纳相邻所述电芯的对应所述顶针并且所述弹性件配置成可与所述锁槽相配以将所述顶针锁定在所述卡孔中。
2.根据权利要求1所述的电芯，其特征在于，所述第一极柱具有从所述第一侧面垂直地向外凸出的凸出部，并且所述第二极柱从所述第二侧面凹进以在所述第二极柱与所述第二侧面之间形成有缺口，所述缺口配置成可至少部分接纳相邻所述电芯的所述第一极柱的所述凸出部。
3.根据权利要求2所述的电芯，其特征在于，所述缺口配置成可完全接纳所述凸出部，使得所述电芯的所述第二侧面可接触相邻所述电芯的所述第一侧面。
4.根据权利要求2所述的电芯，其特征在于，所述第一极柱的所述凸出部和所述缺口分别为长方体形或正方体形。
5.根据权利要求1所述的电芯，其特征在于，所述电芯主体为长方体形，所述顶针从所述第一侧面垂直地向外伸出，并且所述卡孔的所述开口位于所述第二侧面上。
6.根据权利要求1所述的电芯，其特征在于，在所述电芯主体内部靠近所述端部设有盖板，所述弹性件与所述盖板形成了固定连接。
7.一种电池模组，其特征在于，所述电池模组包括多个根据权利要求1-6任一项所述的电芯，每个所述电芯的顶针***到相邻所述电芯的对应的卡孔中并被锁定在所述卡孔中。
8.根据权利要求7所述的电池模组，其特征在于，每个所述电芯的第一极柱包括从所述电芯的第一侧面垂直地向外凸出的凸出部，并且每个所述电芯的第二极柱从所述电芯的第二侧面凹进以在所述第二极柱与所述第二侧面之间形成缺口，所述缺口配置成可容纳相邻所述电芯的所述第一极柱的凸出部。
9.根据权利要求7所述的电池模组，其特征在于，所有所述电芯之间形成了串联或并联电连接。
10.一种车辆，其特征在于，所述车辆包括根据权利要求7-9任一项所述的电池模组。
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