CN115084761B - 一种电芯支架及电池模组 - Google Patents

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Abstract

本发明实施例涉及储能设备技术领域，公开了一种电芯支架及电池模组。该电芯支架包括：至少一个第一支架和一对第二支架；至少一个第一支架依次排布成第一支架组，两个第二支架分别布置于第一支架组的两端；第一支架与第二支架之间或者相邻的两个第一支架之间围成收容电芯的安装腔室；第一支架包括相对的两块第一侧板、第一隔杆、第二隔杆以及第三隔杆，第一隔杆的两端分别连接两块第一侧板的顶端，第二隔杆的两端分别连接两块第一侧板的底端，第三隔杆的两端分别连接两块第一侧板的中部；第三隔杆的宽度小于第一隔杆和第二隔杆的宽度。由于第三隔杆限制了电芯中部的横向膨胀程度以避免膨胀超出许可范围，从而确保电芯能够安全可靠地运行。

Description

一种电芯支架及电池模组
技术领域
本发明涉及储能设备技术领域，特别涉及一种电芯支架及电池模组。
背景技术
目前，锂离子电池作为储能***的核心部件之一，各大储能***集成商、电芯生产厂商在储能***的安全性能方面投入了大量财力和精力，而储能***的安全性需从电芯单体、BMS、热管理等方面来控制。就储能***的热管理方面而言，电池模组的设计大多采用了成本较高、设计较为复杂的液冷模式。
发明内容
基于此，有必要提供一种具备制造成本低廉并且能够保证电芯稳定可靠运行的电芯支架及电池模组，旨在解决传统的电芯支架及电池模组的冷却模式的至少一部分缺陷。
为解决上述技术问题，本发明实施方式采用的其中一个技术方案是：
一种电芯支架，包括：至少一个第一支架，所述至少一个第一支架排布成一列第一支架组；以及一对第二支架，两个所述第二支架分别布置于所述第一支架组的两端；所述第一支架与所述第二支架之间，或者相邻的两个所述第一支架之间围成用于收容电芯的安装腔室；所述第一支架组的两端是指至少一个所述第一支架排布方向的两个末端；所述第一支架包括相对设置的两块第一侧板、第一隔杆、第二隔杆以及第三隔杆；其中，所述两块第一侧板各开设有至少一个风口，所述风口用于对电芯散热；所述第一隔杆、所述第二隔杆以及所述第三隔杆相互平行地固定连接于两块所述第一侧板之间；所述第一隔杆的两端分别连接两块所述第一侧板的顶端，所述第二隔杆的两端分别连接两块所述第一侧板的底端，所述第三隔杆的两端分别连接两块所述第一侧板的中部；所述第一支架关于中心平面对称，所述中心平面是由所述第一隔杆的中心线、所述第二隔杆的中心线以及所述第三隔杆的中心线构成的平面；所述第一隔杆和所述第二隔杆的宽度相等，所述第三隔杆的宽度小于所述第一隔杆或所述第二隔杆的宽度。
作为上述方案的进一步改进方案，所述第一支架还包括第一底板；两块所述第一侧板以垂直于所述第一底板的方式分别固定于所述第一底板的相对的两端边沿；所述第一侧板的顶端是指所述第一侧板上相离于所述第一底板的末端，所述第一侧板的底端是指所述第一侧板上靠近所述第一底板的末端。
作为上述方案的进一步改进方案，所述电芯支架还包括顶架；所述顶架的表面向外延伸出若干条相互平行的隔筋，相邻的两条所述隔筋在所述顶架的表面围成与所述安装腔室相适配的安装顶格；所述安装顶格用于收容电芯设有电极的顶端。
作为上述方案的进一步改进方案，所述电芯支架还包括一对端板；所述端板装配于所述第二支架，位于所述第二支架上背离于所述安装腔室的表面。
作为上述方案的进一步改进方案，所述顶架与所述端板设置有卡合结构，所述顶架与所述端板通过所述卡合结构固定连接。
作为上述方案的进一步改进方案，还包括绑带；所述第一支架、所述第二支架以及所述端板的表面设置有与所述绑带相适配的带槽；所述绑带置于所述带槽内以将所述第一支架、所述第二支架以及所述端板固定连接为一体。
为解决上述技术问题，本发明实施方式采用的其中一个技术方案是：
一种电池模组，包括若干个电芯；以及如上所述的电芯支架，所述电芯分别对应被收容于所述电芯支架的安装腔室内。
本发明实施例提供的电芯支架和电池模组的有益效果是：电芯在工作过程中产生的热量可以通过设于第一侧板的风口向外散发，或者用于散热的气流可以从其中一块第一侧板的风口流入后携带电芯产生的热量从另外一块第一侧板的风口流出，提高了电池模组的散热能力；并且，由于支架的中部设置有第三隔杆，第三隔杆可以限制电芯中部的横向膨胀程度以避免膨胀超出许可范围，从而确保电芯能够安全可靠地运行。
附图说明
一个或多个实施例通过与之对应的附图进行示例性说明，这些示例性说明并不构成对实施例的限定，附图中具有相同参考数字标号的元件表示为类似的元件，除非有特别申明，附图中的图不构成比例限制。
图1a是本发明实施例提供的电池模组的立体图；
图1b是本发明实施例提供的电池模组的***图；
图2是本发明实施例提供的电芯支架的***图；
图3a是本发明实施例提供的第一支架的结构图；
图3b是图3a中在i方向上看到的第一支架的正视图；
图3c是图3a中在ii方向上看到的第一支架的俯视图；
图4a是本发明实施例提供的第二支架的结构图，示出了第二支架其中一侧表面的结构特征；
图4b是本发明实施例提供的第二支架的结构图，示出了第二支架另外一侧表面的结构特征；
图5a是本发明实施例提供的顶架的结构图, 示出了顶架的第一表面的结构特征；
图5b是图5a中V1方向上看到的顶架的俯视图；
图5c是图5b中沿着V2-V2剖切位置剖切得到的剖视图；
图5d是本发明实施例提供的顶架的结构图，示出了顶架的第二表面的结构特征；
图5e是本发明实施例提供的顶架的结构图，示出了一些部件在第二支架的第二表面的装配关系；
图6a是本发明实施例提供的端板的结构图, 示出了端板的其中一侧表面的结构特征；
图6b是本发明实施例提供的端板的结构图, 示出了端板的另外一侧表面的结构特征。
具体实施方式
下面结合具体实施例对本发明进行详细说明，应该强调的是，下述说明仅仅是示例性的，而不是为了限制本发明的范围及其应用。
需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，本说明书所使用的术语“中心”、“纵向”、“横向”、“上”、“下”、“竖直”、“水平”、“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发明和简化描述，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发明的限制。术语“安装”、“相连”、“连接”、“固定”等术语应做广义理解，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。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”的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征；“多个”的含义是两个或两个以上；“和/或”包括一个或多个相关的所列项目的任意的和所有的组合。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
如图1a和图1b，本发明提供的电池模组100，包括至少两个电芯10和电芯支架20。
如图2，电芯支架20包括至少一个第一支架21和一对第二支架22。
一个或多个第一支架21排布成一列第一支架组A。在多个第一支架21排布形成的一列第一支架组A中，相邻的两个第一支架21之间围成安装腔室B1。
两个第二支架22分别布置于第一支架组A的两端，分别配合位于第一支架组A两端的第一支架21围合形成安装腔室B1；或者由一个第一支架21单独形成的第一支架组A中，两个第二支架22分别布置于第一支架21的两边以围合形成安装腔室B1。电芯10被收容于安装腔室B1内。
应当说明的是，上述第一支架组A的两端是指多个第一支架21排布方向的两个末端，或者一个第一支架21的两边。
如图3a，第一支架21包括相对设置的两块第一侧板211，两块第一侧板211各开设有至少一个风口2114，风口2114用于对电芯10散热。
第一支架21还包括第一底板212和若干根隔杆（213、214、215）。两块第一侧板211以垂直于第一底板212的方式分别固定于第一底板212的相对的两端边沿，若干根隔杆相互平行地固定连接于两块第一侧板211之间。
第一侧板211为“工”字外形。具体的，第一侧板211包括第一顶边横板2111、第一底边横板2112以及第一连接板2113。第一顶边横板2111与第一底边横板2112相互平行，并且，第一顶边横板2111与第一底边横板2112上背离于隔杆的表面设置有预设宽度的第一带槽2115；第一连接板2113的两端分别连接第一顶边横板2111和第一底边横板2112。
隔杆包括第一隔杆213、第二隔杆214以及第三隔杆215，第一隔杆213、第二隔杆214以及第三隔杆215均可以开设有散热通口C。其中，第一隔杆213的两端分别连接两块第一侧板211的第一顶边横板2111；第二隔杆214的两端分别连接两块第一侧板211的第一底边横板2112；第三隔杆215位于第一隔杆213和第二隔杆214之间，其两端分别连接两块第一侧板211的第一连接板2113的中部。
为便于本说明书的描述，以下将第一侧板211上相离于第一底板212的末端，即第一顶边横板2111所在的末端称为顶端；将第一侧板211上靠近于第一底板212的末端，即第一底边横板2112所在的末端称为底端。
请一并参阅图3a和图3b，第一支架21为关于中心平面S对称的对称体。中心平面S是一个假想的平面，其同时经过三根隔杆的中心线（O1、O2、O3），或者由第一隔杆213的中心线O1、第二隔杆214的中心线O2以及第三隔杆215的中心线O3构成。该中心平面S垂直于第一侧板211，与第一侧板211相交成直线X。
如图3b，从正视于第一侧板211的方向上看，两个第一侧板211重合，第一隔杆213、第三隔杆215以及第二隔杆214的端面沿着直线X从顶端到底端依次排布，两个第一侧板211、第一底板212、第一隔杆213、第三隔杆215以及第二隔杆214被中心平面S平分成关于中心平面S对称的左、右两半。
第一隔杆213、第二隔杆214以及第三隔杆215的横截面均可以为矩形。第一隔杆213和第二隔杆214各自在第一底板212的正投影重合，即第一隔杆213的宽度D1和第二隔杆214的宽度D2相等。第三隔杆215在第一底板212上的正投影落在第一隔杆213或第二隔杆214在第一底板212的正投影的范围内，即第三隔杆215的宽度D3小于第一隔杆213的宽度D1或第二隔杆214的宽度D2。本实施例中，第一隔杆213和第二隔杆214的宽度（D1、D2）可以设置为8mm，第三隔杆的宽度D3可以被设置为5mm。
本实施例中，第一侧板211可以以第三隔杆215为分界被划分成上、下两段。在第一侧板211中，位于第一顶边横板2111与第三隔杆215之间的部分为上段，位于第一底边横板2112与第三隔杆215之间的部分为下段，上段和下段均可以开设有至少一个上述风口2114。
第一支架21整体可以采用ABS加PC制造。本实施例中，第一支架21可以通过一体式注塑成型的方法注塑出第一侧板211、第一底板212以及隔杆。在另一些实施例中，第一侧板211、第一底板212以及隔杆也可以分别独立注塑成型后再固定连接在一起组装成第一支架21。上述采用ABS加PC注塑制造成型的第一支架21的耐温可超过80摄氏度。
如图4a，第二支架22包括第二底板221、两块第二侧板222以及第三侧板223。两块第二侧板222以垂直于第二底板221的方式分别固定于第二底板221的相对的两端边沿；第三侧板223以垂直于第二底板221的方式固定于第二底板221的两端边沿之间的侧边边沿，并且两边分别固定连接两块第二侧板222。
具体的，第二侧板222为半“工”字外形，其包括第二顶边横板2221、第二底边横板2222以及第二连接板2223，第二顶边横板2221与第二底边横板2222相互平行，第二连接板2223两端分别固定连接第二顶边横板2221与第二底边横板2222，并且，第二顶边横板2221与第二底边横板2222上背离于第三侧板223的表面设置有预设宽度的第二带槽2224。
如图5a，电芯支架20还包括顶架23。顶架23的第一表面可以向外延伸出若干条相互平行的隔筋231，相邻的两个隔筋231在顶架23的第一表面围成与安装腔室B1相适配的安装顶格B2，安装顶格B2用于收容电芯10设置有电极的顶端。如图5b和图5c，隔筋231的宽度D5与第一隔杆213的宽度D1相等。
如图5d，顶架23上背离于隔筋231的第二表面设置有若干个腔格E。腔格E以凸设于顶架23的第二表面的凸缘232围合形成。腔格E内开设有一对电极孔233。如图5e，电极孔233被置于腔格E内的电极板234所覆盖。
如图1a和图2，顶架23以第一表面朝向电芯10的电极的方式装配于电池模组100的顶端。相邻的两个电芯10之间由于第一隔杆213和第二隔杆214的隔开而形成间隙，顶架23的隔筋231置入该间隙内，安装顶格B2收容电芯10的顶端，配合第一支架21和第二支架22将电芯10收容于电芯支架20内部。
在电芯10的顶端被收容于安装顶格B2内之后，电芯10的电极可以穿过电极孔233并抵接于电极板234以建立电性接触。本实施例中，相邻的两个电芯10中的其中一个电芯10的正极穿过腔格E中的其中一个电极孔233，另一个电芯10的负极穿过同一腔格E中的另外一个电极孔233，这两个电极穿过电极孔233后均与覆盖固定于腔格E内的电极板234电性接触，从而将相邻的两个电芯10串联。
如图5d，在一些实施例中，顶架23的第二表面还可以固定有由绝缘材质制造的电极固定板235。电极固定板235包括固定主板235a和固定支板235b，固定支板235b自固定主板235a的侧边向外延伸。
请一并参阅图5d和图5e，在顶架23的第二表面，围成腔格E的凸缘232同时围成了安装槽F。固定主板235a可以通过螺纹连接或焊接等合适的固定方式固定于安装槽F内，固定支板235b从预设于凸缘232的槽口232a伸入腔格E内之后抵接在电极板234的表面，由此将电极板234稳固于腔格E内，避免了电极板234从顶架23上松动而造成的电芯10之间电性接触不良或电池模组100电路断开等不良状况。
如图2，电芯支架20还可以包括一对端板24。端板24装配于第二支架22，位于第三侧板223上背离于电芯10的表面。
具体的，如图4b，第三侧板223上用于与端板24接触的表面设置有向外延伸的若干个定位柱223a，与此相适配的，如图6a，端板24上用于与第三侧板223接触的表面开设有若干个定位孔241。定位柱223a与定位孔241相互配合可以将端板24装配定位于第二支架22的表面。
如图6b，端板24上背离于第三侧板223的表面的顶端和底端可以分别开设有第三带槽242，第三带槽242与第一带槽2115、第二带槽2224相适配。另外，在该表面还可以设置有凸出端板24表面的筋条243，筋条243可以起到提高端板24的强度和刚度的作用。
为便于将组成电芯支架20的部件装配，顶架23和端板24还可以设置有卡合结构。具体的，如图5a和图6a，卡合结构包括卡柱236和卡孔244，其中，卡柱236可以设置于顶架23（或端板24），与顶架23（或端板24）一体式注塑成型；如图6a，卡孔244可以开设于端板24（或顶架23），卡柱236卡合固定于卡孔244内，便可以将顶架23与端板24相互固定连接。
本实施例提供的端板24的有利方面在于，端板24与第二支架22相互配合可以更好地起到抑制电芯10因受热带来的横向膨胀作用，降低第二支架22因电芯10的横向膨胀而导致的变形。
为便于更好的理解本申请的技术方案，以下对本申请实施例提供的具有两个以上第一支架21的电池模组100的装配过程作出如下简要陈述：
S10、若干个第一支架21以隔杆相对的方式被依次排布成一列第一支架组A，两个第二支架22分别被布置于第一支架组A的两个末端，两块端板24分别定位装配于两个第二支架22的表面。
S11、相邻的两个第一支架21或者位于第一支架组A末端的第一支架21与第二支架22围合形成安装腔室B1，电芯10被收容于安装腔室B1内。
S12、通过卡合结构将顶架23与端板24卡合固定。
S13、各第一顶边横板2111的第一带槽2115、第二顶边横板2221的第二带槽2224以及端板24顶端的第三带槽242相接成位于电池模组100顶端的顶边带槽；各第一底边横板2112的第一带槽2115、第二底边横板2222的第二带槽2224以及端板24底端的第三带槽242相接成位于电池模组100底端的底边带槽。如图1a和图2，顶边带槽和底边带槽内分别通过绑带25绑紧，使电池模组100的顶端和底端箍紧，确保电池模组100整体的装配强度。
本申请实施例中，绑带25可以采用65Mn钢材质制造的钢带。钢带厚度为1mm，抗拉强度≥900Mpa，屈服强度≥800Mpa ，钢带采用搭接工艺，搭接强度不小于材料强度的70%。
本领域技术人员可以理解的是，在由一个第一支架21组成的电芯支架20中，将两个第二支架22分别布置于第一支架21的两边（亦即中心平面S的两边），即可以在第一支架21的两边围合成两个用于收容电芯10的安装腔室B1。其具体的装配过程可参考上述具有两个以上第一支架21的实施例，为节省篇幅，本说明书不再细述。
本申请实施例提供的电池模组100的其中一个有利方面在于，当电芯10被收容于电芯支架20的安装腔室内B1之后，对于每个第一支架21来说，第一支架21以隔杆为分界的两边均收容有电芯10。由于绑带25的预紧力，相邻的两个电芯10往隔杆的方向靠拢并紧贴在第一隔杆213和第二隔杆214的侧面，从而在第一支架21上相邻的两个电芯10与第一隔杆213、第二隔杆214可以围成连通风口2114的风道，电芯10在工作过程中产生的热量可以通过风道向开设于两边第一侧板211的风口2114散发，或者用于散热的气流可以从其中一块第一侧板211的风口2114流入风道后携带电芯10产生的热量从另外一块第一侧板211的风口2114流出，大大地提高了电池模组100的散热能力。
另外一个有利方面在于，由于第三隔杆215的宽度D3设计成小于第一隔杆213或第二隔杆214的宽度（D1、D2），如图3c，即令第三隔杆215的两边侧面与第一隔杆213或第二隔杆214的两边侧面之间存在一预设的单边距离D4，本申请实施例中，该预设的单边距离D4可以设置为1.5mm，即允许电芯10受热后单边最大仅有1.5mm的横向膨胀量，避免电芯10的横向膨胀量超过许可值，确保电芯10的稳定运行。
以上内容是结合具体/优选的实施方式对本发明作出的进一步详细说明，不能认定本发明的具体实施只限于这些说明。对本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，而这些都属于本发明的保护范围。

Claims (7)

1.一种电芯支架，其特征在于，包括：
至少一个第一支架，所述至少一个第一支架排布成一列第一支架组；
以及一对第二支架，两个所述第二支架分别布置于所述第一支架组的两端；
所述第一支架与所述第二支架之间，或者相邻的两个所述第一支架之间围成用于收容电芯的安装腔室；
所述第一支架组的两端是指至少一个所述第一支架排布方向的两个末端；
所述第一支架包括相对设置的两块第一侧板、第一隔杆、第二隔杆以及第三隔杆；
其中，所述两块第一侧板各开设有至少一个风口，所述风口用于对电芯散热；
所述第一隔杆、所述第二隔杆以及所述第三隔杆相互平行地固定连接于两块所述第一侧板之间；
所述第一隔杆的两端分别连接两块所述第一侧板的顶端，所述第二隔杆的两端分别连接两块所述第一侧板的底端，所述第三隔杆的两端分别连接两块所述第一侧板的中部；
所述第一支架关于中心平面对称，所述中心平面是由所述第一隔杆的中心线、所述第二隔杆的中心线以及所述第三隔杆的中心线构成的平面；
所述第一隔杆和所述第二隔杆的宽度相等，所述第三隔杆的宽度小于所述第一隔杆或所述第二隔杆的宽度；
所述第二支架包括第二底板、两块第二侧板以及第三侧板；
其中，两块所述第二侧板以垂直于所述第二底板的方式分别固定于所述第二底板的相对的两端边沿；
所述第三侧板以垂直于所述第二底板的方式固定于所述第二底板的位于所述两端边沿之间的侧边边沿，并且所述第三侧板的两边分别固定连接两块所述第二侧板。
2.如权利要求1所述的电芯支架，其特征在于，所述第一支架还包括第一底板；
两块所述第一侧板以垂直于所述第一底板的方式分别固定于所述第一底板的相对的两端边沿；
所述第一侧板的顶端是指所述第一侧板上相离于所述第一底板的末端，所述第一侧板的底端是指所述第一侧板上靠近所述第一底板的末端。
3.如权利要求2所述的电芯支架，其特征在于，所述电芯支架还包括顶架；所述顶架的表面向外延伸出若干条相互平行的隔筋，相邻的两条所述隔筋在所述顶架的表面围成与所述安装腔室相适配的安装顶格；所述安装顶格用于收容电芯设有电极的顶端。
4.如权利要求3所述的电芯支架，其特征在于，所述电芯支架还包括一对端板；所述端板装配于所述第二支架，位于所述第二支架上背离于所述安装腔室的表面。
5.如权利要求4所述的电芯支架，其特征在于，所述顶架与所述端板设置有卡合结构，所述顶架与所述端板通过所述卡合结构固定连接。
6.如权利要求4或5所述的电芯支架，其特征在于，还包括绑带；
所述第一支架、所述第二支架以及所述端板的表面设置有与所述绑带相适配的带槽；所述绑带置于所述带槽内以将所述第一支架、所述第二支架以及所述端板固定连接为一体。
7.一种电池模组，其特征在于，包括
至少两个电芯；
以及如权利要求1-6任一项所述的电芯支架，所述电芯分别对应被收容于所述电芯支架的安装腔室内。
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