CN220569864U - 一种电池模组 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种电池模组，包括箱体以及设置在箱体内，并与箱体保持绝缘的多个单体电池，其改进之处是：箱体包括上盖组件、下盖组件以及两个端盖；上盖组件内设置有热失控烟气排放通道；每个单体电池顶盖的泄爆膜与所述热失控烟气排放通道之间均设置一个泄爆通道，当单体电池发生热失控冲破泄爆膜后，该单体电池内的热失控烟气通过泄爆通道进入热失控烟气排放通道；下盖组件内设置热交换介质流通通道，通过热交换介质流通通道内流动的热交换介质实现对各单体电池的温控确保了各单体电池的均一性，还降低了热失控现象发生的概率；同时当单体电池发生热失控时还可利用热失控烟气排放通道将热失控烟气及时排出，提升了电池模组的安全性。

Description

一种电池模组

技术领域

本实用新型属于电池领域，具体涉及一种电池模组。

背景技术

锂离子电池的应用领域十分广泛，由于锂离子电池的原理和结构特性，在反复使用过程中受到温度的影响会存在以下问题：

在环境温度过低的环境下使用时，电解液粘度变大，Li离子的移动受阻，负极表面Li离子的嵌入脱出打破平衡状态，会有一部分Li离子沉积在负极表面造成析锂现象，从而造成了电池容量的损失；

而当电池处于过高温环境下时电解液及活性物质的活性较大，电池内部会有副反应的发生以及电解液的分解，一方面造成了容量的损失，另一方面也会因为副反应的发生出现气体造成电池的鼓胀，并且电池的继续运行，如果堆积的热量没有得到有效散发，温度则会进一步升高，当温度达到极限时，电池的热平衡则会被破坏，引发一连串的自加热副反应，产生大量的可燃气体，出现“热失控”现象，最终会导致电池内部着火，严重时引发***，对使用者的人身安全造成隐患。

现有的电动二轮车、电动汽车以及储能设备大多采用多个锂离子电池采用串并联的方式组成电池模组，这样一来温度对电池模组的影响显得更加的突出。特别是在电池模组中某一单体电池温度过高或过低时，该单体电池的容量差异会影响整个电池模组的均一性，最为关键的是当某一单体电池由于温度过高发生热失控时会对电池模组中其余电池甚至是外部环境造成影响。

为了解决上述温度对电池模组造成的影响，目前的电池模组通常会在电池模组上增加温控环节在确保均一性的同时降低电池模组发生热失控的概率，或者是在电池模组上增加消防设备以及时阻断热失控发生带来的后续不良影响。

但是，现有电池模组均是单独的采用温控环节或是消防设备来确保电池模组的可靠运行；而前者依然存在发生热失控的可能，一旦出现热失控时没有进行有效的处理，则会造成安全事故；后者虽然可以及时热失控现象进行处理，但是由于没有对电池模组的温度进行控制，电池模组运行一段时间后各单体电池的均一性会逐渐变差，导致电池模组的循环寿命会降低，并且热失控发生的概率也会相对较高。

实用新型内容

为了解决现有仅采用温控环节的电池模组一旦出现热失控会造成安全事故的问题，以及仅采用消防设备的电池模组运行一段时间后受到均一性逐渐变差的影响电池模组的循环寿命会降低，并且热失控发生的概率也会相对较高的问题，本实用新型提供了一种电池模组。

该电池模组，包括箱体以及设置在箱体内，并与箱体保持绝缘的多个单体电池，其改进之处是：

箱体包括上盖组件、下盖组件以及两个端盖；

上盖组件内设置有热失控烟气排放通道；每个单体电池顶盖的泄爆膜与所述热失控烟气排放通道之间均设置一个泄爆通道，当单体电池发生热失控冲破泄爆膜后，该单体电池内的热失控烟气通过泄爆通道进入热失控烟气排放通道；

下盖组件内设置热交换介质流通通道，通过热交换介质流通通道内流动的热交换介质实现对各单体电池的温控。

本实用新型将电池模组的箱体进行了巧妙设计，将组成箱体的上盖组件作为电池模组的热失控烟气排放通道，将组成箱体的下盖组件构成电池模组的热交换介质流通通道，使电池模组在几乎增加体积的情况下，其运行过程中可利用热交换介质对电池模组中每个单体电池进行温度控制，确保了各单体电池的均一性，还降低了热失控现象发生的概率；同时当单体电池发生热失控时还可利用热失控烟气排放通道将热失控烟气及时排出，提升了电池模组的安全性。

优选地，为了确保电池模组体积几乎不发生变化，同时使各单体电池在箱体内的定位和绝缘，每个单体电池的顶部扣合安装有绝缘顶盖；每个单体电池通过绝缘顶盖与上盖组件保持绝缘，且绝缘顶盖上设置有用于单体电池的极柱伸出的极柱避让孔；每个单体电池的底部的通过绝缘固定框固定安装于下盖组件上，且各单体电池底部与下盖组件保持绝缘。

优选地，为了降低零件的加工成本和便于电池模组的装配，位于同一直线上的多个单体电池可共用一个绝缘顶盖和一个绝缘固定框。

优选地，为了方便安装，同时确保单体电池和上盖组件之间的绝缘性，上述泄爆通道包括第一连接管和第二连接管；第一连接管焊接固定于上盖组件上，第二连接管一体成型于绝缘顶盖上，第二连接管在单体电池顶盖的正投影要覆盖泄爆膜的区域，第一连接管插接于第二连接管内，且第一连接管和第二连接管之间间隙与外部保持密闭。

优选地，为了确保连接管组件的密封性，单体电池顶盖上表面设置有环形密封圈，环形密封圈用于和位于第二连接管内部的第一连接管端部紧密接触。

优选地，为了方便第一连接管和第二连接管的安装配合，上述第一连接管位于第二连接管内的部分至少部分呈锥形设置。

优选地，为了方便上盖组件和下盖组件的加工和装配，本实用新型中上盖组件、下盖组件的具体结构为：

上述上盖组件包括第一板件以及第一快插接头；

第一板件包括一体成型的第一水平板和两个第一竖直板，第一水平板内一体成型有热失控烟气排放通道，且第一水平板上开设有多个用于将第一连接管和热失控烟气排放通道连通的通孔；

两个第一竖直板用于和下盖组件拼接构成箱体的两个侧壁；

第一快插接头安装于第一水平板上用于作为热失控烟气排放通道与外部排烟管的连通件。

进一步地，上述下盖组件包括第二板件以及第二快插接头；

第二板件包括一体成型的第二水平板和两个第二竖直板，第二水平板内具有一体成型有热交换介质流通通道；

两个第二竖直板用于和上盖组件拼接构成箱体的两个侧壁；

第二快插接头为两个，且均安装于第二水平板上，分别用于作为热交换介质流通通道的进口和出口。

优选地，为了提升电池模组的集成性，同时减小电池模组中电路部分受到外部环境的影响，本实用新型将主控制电路板集成在了其中一个端盖内，具体结构为：上述端盖为两个，且均通过螺钉连接的方式与上盖组件、下盖组件固定连接，且两个端盖中的其中一个与单体电池之间具有一个容纳腔，容纳腔内固定设置主控电路板，主控电路板上设置信号输出端子，信号输出端子的至少部分延伸出该端盖外。

优选地，为了简化电池模组中电路及信号传输结构，上述还包括电信号采集传输板，电信号采集传输板铺设于所有单体电池顶盖和上盖组件之间，电池模组的总正接线端子和总负接线端子从一侧引出并与设置在端盖上的总正快插接头和总负快插接头连接；电信号采集传输板上的信号通过设置在主控电路板上的信号输出端子向外输出信号。

本实用新型的有益效果是：

1、本实用新型巧妙的利用电池模组中箱体的上盖组件作为电池模组的热失控烟气排放通道，利用下盖组件作为电池模组的热交换通道，不仅在其运行过程中可利用热交换介质对电池模组中每个单体电池进行温度控制，确保了各单体电池的均一性，还降低了热失控现象发生的概率，同时当单体电池发生热失控现象时还可利用热失控烟气排放通道将热失控烟气及时排出，提升了电池模组的安全性。

2、本实用新型中利用绝缘顶盖和绝缘固定框实现了各单体电池在箱体内的绝缘以及定位，且相邻单体电池绝缘顶盖的侧壁相互接触，使得各单体电池之间具有作为散热通道的间隙，相比在箱体内设置多个隔板和绝缘密封胶来实现单体电池的绝缘和定位的方式来说，零件的加工和装配都相对简单，其制作成本也相对较低，散热性更优。

3、本实用新型中多个单体电池共用一个绝缘顶盖和绝缘固定框实现定位和绝缘，可进一步减少成本。

4、本实用新型中泄爆通道采用焊接固定于上盖组件的第一连接管和一体成型于绝缘顶盖上的第二连接管通过插接配合的方式构成，可节约电池模组在高度方向上的尺寸，同时便于零件间的装配和拆卸，并且的还提升了上盖组件的绝缘性。

5、本实用新型中单体电池顶盖上表面设置有环形密封圈，环形密封圈用于和位于第二连接管内部的第一连接管端部紧密接触，通过该配合方式避免了热失控烟气从第一连接管和第二连接管之间的间隙溢出，进一步确保了泄爆通道的气密性。

6、本实用新型中为了方便第一连接管和第二连接管的安装配合，第一连接管位于第二连接管内的部分至少部分呈锥形设置。

7、本实用新型中上盖组件和下盖组件采用拼接的方式上下连接，同时上盖组件和下盖组件的主体部分采用一体成型的工艺组成，减少了加工和装配环节和难度，提升了零部件的成品效率以及电池模组的成品效率。

8、本实用新型中通过将主控电路板集成于端盖当中，不仅提升了电池模组的集成性，同时减小电池模组中电路部分受到外部环境的影响。

9、本实用新型中为了简化电池模组中电路及信号传输结构，上述电池模组采用了电信号采集传输板用以采集和传输各单体电池的信号，避免了通过设置多根线缆带来的结构复杂，不便于装配和检修的问题。

附图说明

图1为电池模组的立体结构示意图；

图2为拆掉上盖组件和端盖后的电池模组结构示意图；

图3为电池模组第一视角的剖视图；

图4为第一板件的结构示意图；

图5为图4的剖视图；

图6为第二板件的结构示意图；

图7为图6的剖视图；

图8为电池模组第二视角的剖视图；

图9为图8的局部放大图；

图10为绝缘顶盖的第一视角结构示意图；

图11为绝缘顶盖的第二视角结构示意图；

图12为绝缘固定框的结构示意图。

附图标记如下：

1-箱体、2-端盖、3-上盖组件、4-下盖组件、5-单体电池、6-热失控烟气排放通道、7-泄爆通道、8-第一板件、9-第一快插接头、10-第一水平板、11-第一竖直板、12-热交换介质流通通道、13-第二板件、14-第二快插接头、15-第二水平板、16-第二竖直板、17-减重槽、18-容纳腔、19-主控电路板、20-信号输出端子、21-绝缘顶盖、22-极柱避让孔、23-绝缘固定框、24-第一连接管、25-第二连接管、26-环形密封圈、27-电信号采集传输板、28-总正接线端子、29-总负接线端子、30-总正快插接头、31-总负快插接头、32-通孔。

具体实施方式

下面将结合的附图，对实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是一部分实施例，而不是全部的实施例。基于以下实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动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。

同时，需要说明的是，文中术语“上、下、内和外”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，因此不能理解为对技术方案的限制。此外，术语“第一、第二或第三”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。

本实用新型中除非另有明确的规定和限定，术语“安装、相连、连接”应做广义理解，例如：可以是固定连接、可拆卸连接或一体式连接：同样可以是机械连接、电连接或直接连接，也可以通过中间媒介间接相连，也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，可以具体情况理解上述术语在本实用新型中的具体含义。

本实用新型的电池模组，其主要包括箱体及多个单体电池；单体电池的可以采用全部串接的形式，也可采用并联的形式，同样也可采用两个串并联混合连接的方式，根据实际需要可以随时调整。本实施例中各单体电池采用全部串接的方式。

本实施例的单体电池采用市售的方壳锂离子电池，单体电池的数量可根据电池模组需要的规格增加和减少。

如图1至图3所示，本实施例中，箱体1包括端盖2、上盖组件3、下盖组件4；

两个端盖2、上盖组件3、下盖组件4密封连接构成一个箱体1，多个单体电池5设置在箱体1内，并且需要使每个单体电池5与箱体1保持绝缘；

本实施例中，上盖组件3内设置有热失控烟气排放通道6；每个单体电池5顶盖的泄爆膜与所述热失控烟气排放通道6之间均设置一个泄爆通道7，当单体电池发生热失控冲破泄爆膜后，该单体电池5内的热失控烟气通过泄爆通道7进入热失控烟气排放通道6；

具体来说，如图1所示，本实施例中，上盖组件3包括第一板件8以及第一快插接头9；为了确保第一板件8的强度和耐温性，第一板件8采用金属材料，考虑到成本和重量，本实施例中第一板件8采用铝制材料制作；

如图4、图5以及图8所示，第一板件8包括一体成型的第一水平板10和两个第一竖直板11，第一水平板10内一体成型有热失控烟气排放通道6(通常采用挤压或铸造工艺一体成型，为了构成密闭的热失控烟气排放通道，挤压或铸造成型的第一水平板的两端需要各自焊接一个堵板)，且第一水平板10上开设有多个用于将泄爆通道7和热失控烟气排放通道6连通的通孔32；两个第一竖直板11用于和下盖组件4拼接构成箱体1的两个侧壁；第一快插接头9安装于第一水平板10上用于作为热失控烟气排放通道6与外部排烟管的连通件。

如图6、图7以及图8所示，下盖组件4内设置热交换介质流通通道12，通过热交换介质流通通道12内流动的热交换介质实现对各单体电池5的温控。热交换介质可以有多种选择，可以是空气、液体或者相变材料。空气的温控效果相比液体和相变材料较差，在此处使用时相变材料相比液体来说使用成本较高，并且温控效果也不够稳定，因此本实施例优选的热交换介质为液体，该液体可以是水、矿物油、乙二醇中的任一一种。

本实施例中，下盖组件4的具体结构与上盖组件3基本类似，包括第二板件13以及第二快插接头14；第二板件13包括一体成型的第二水平板15和两个第二竖直板16，第二水平板15内一体成型有热交换介质流通通道12(通常采用挤压或铸造工艺一体成型，为了构成密闭的热失控烟气排放通道，挤压或铸造成型的第二水平板两端需要各自焊接一个堵板)；两个第二竖直板16用于和上盖组件3拼接构成箱体1的两个侧壁；第二快插接头14为两个，且均安装于第二水平板15上，分别用于作为热交换介质流通通道12的进口和出口。

还需要说明的是：在本实施例中一体成型的热交换介质流通通道12为S形，这样可以提升换热效果。同时本实施例中第一竖直板11和第二竖直板16通过凹凸配合结合螺钉紧固的方式上下连接构成箱体1的侧壁，装配更加方便，并且在第一竖直板11和/或第二竖直板16中还可设置减重槽17来降低电池模组的自重。

在一些其他实施例中，上盖组件3的第一板件8以及下盖组件4的第二板件13还可采用多个钣金件按照拼焊的方式构成，但是这种方式制作工艺相对比较复杂，零件的加工效率和零件的性能都难以保证。

本实施例中，如图1和图2所示，端盖2为两个，且均通过螺钉连接的方式与上盖组件3、下盖组件4固定连接，且为了确保良好的密封性和绝缘性，端盖2和上盖组件3、下盖组件4之间设置有密封绝缘垫；且两个端盖2中的其中一个与单体电池5之间具有一个容纳腔18，主控电路板19上设置信号输出端子20，信号输出端子20的至少部分延伸出该端盖2外。主控电路板19设置在端盖2当中，不仅提升了电池模组的集成性，同时减小电池模组中电路部分受到外部环境的影响。

另外，如图3、图9、图10、图11以及图12所示，图本实用新型中每个单体电池5的顶部扣合安装有绝缘顶盖21，单体电池通过绝缘顶盖21与上盖组件3保持绝缘，该绝缘顶盖21采用非金属绝缘材料制作，例如ABS材料或尼龙；该绝缘顶盖21包括一个方形板以及沿方形板四周向下延伸的侧壁；为了避让单体电池上的极柱，绝缘顶盖21上设置有用于单体电池5的极柱伸出的极柱避让孔22；该绝缘顶盖21的使用不仅使单体电池5与上盖组件3保持绝缘，同时也使位于箱体1两侧的单体电池5与箱体侧壁绝缘，而且相邻的两个相互串接的单体电池5也可相互绝缘。

每个单体电池5的底部的通过绝缘固定框23固定安装于下盖组件4上，且各单体电池5底部与下盖组件4保持绝缘，绝缘固定框23包括一个与单体电池5外形适配的矩形框，矩形框的侧壁上设置有用于和下盖组件连接的两个耳座。单体电池5底部和下盖组件4绝缘的方式可采用增设一个较薄的绝缘垫，或者在下盖组件上涂敷绝缘层。

为了进一步降低绝缘顶盖21和绝缘固定框23的制作成本和装配次数，本实施例优化了结构，多个单体电池5还可共用一个绝缘顶盖21和一个绝缘固定框23，本实施例中是两个位于同一直线的两个串联的单体电池共用一个绝缘顶盖和一个绝缘固定框。

在一些其他实施例中，还可采用在箱体内增设隔板和绝缘密封胶实现单体电池的定位和绝缘，但这种方式需要在上盖组件或下盖组件上设置隔板，还需一个灌注绝缘密封胶的工序，使得整个电池模组的制作比较麻烦且结构也比较复杂。

如图9所示，本实施例中，泄爆通道7分为两个部分，包括第一连接管24和第二连接管25；第一连接管24通过焊接的方式密封固定于上盖组件3上，且第一连接管24的在上盖组件3的正投影需要覆盖第一水平板10上开设的通孔32，第二连接管25一体成型于设置绝缘顶盖21上，第二连接管25在单体电池顶盖的正投影要覆盖泄爆膜的区域，第一连接管24插接于第二连接管25内，且第一连接管24和第二连接管25之间间隙与外部保持密闭。

该第一连接管24和第二连接管25的插接方式使得箱体装配的过程就很容易完成泄爆通道7的组装已经和热失控烟气排放通道6的连通，装配过程简单，并且第二连接管25一体成型于绝缘顶盖21上，也就代表着第二连接管25也具有良好的绝缘性能；

在一些其他实施例中，还可采用一根管件，分别将其两端与上盖组件和单体电池顶盖焊接的方式构成泄爆通道，但是这种方式加工难度相对较大。

本实施例中，如图9所示，单体电池5的顶盖上表面设置有环形密封圈26，环形密封圈26上表面用于和第二连接管25内部的第一连接管24端部紧密接触(亦或者可以将这个接触面设计呈凹凸配合的类似迷宫密封结构)，可避免热失控烟气溢出，确保了泄爆通道7的气密性。在一些其他实施例中，也可采用在第一连接管24和第二连接管25的间隙位置增设密封圈，但是这种设置会使得两者插接过程不够顺畅。

本实施例中，为了使第一连接管24和第二连接管25插接配合更顺畅，第一连接管24位于第二连接管25内的部分至少部分呈锥形设置。

如图2所示，在本实施例中，电池模组上通过设置电信号采集传输板27替代了传统线缆，电信号采集传输板27铺设于所有单体电池5的绝缘顶盖21和上盖组件3之间，电池模组的总正接线端子28和总负接线端子29从一侧引出并与设置在端盖2上的总正快插接头30和总负快插接头31连接；电信号采集传输板27上的信号通过设置在主控电路板19上的信号输出端子20向外输出信号。本实施例中采用电信号采集传输板27来采集和传输各单体电池的信号，避免了通过设置多根线缆带来的结构复杂，不便于装配和检修的问题。同时，电池模组的总正、总负从同一端盖引出，也简化了外部设备的接线。

本实施例提供的电池模组，可以单独设置一个作为充放电设备使用，也可以设置多个，通过串联或并联的方式组成一个大的储能设备使用。

Claims (10)

1.一种电池模组，包括箱体以及设置在箱体内，并与箱体保持绝缘的多个单体电池，其特征在于：

箱体包括上盖组件、下盖组件以及两个端盖；

上盖组件内设置有热失控烟气排放通道；每个单体电池顶盖的泄爆膜与所述热失控烟气排放通道之间均设置一个泄爆通道，当单体电池发生热失控冲破泄爆膜后，单体电池内的热失控烟气通过泄爆通道进入热失控烟气排放通道；

下盖组件内设置热交换介质流通通道，通过热交换介质流通通道内流动的热交换介质实现对各单体电池的温控。

2.根据权利要求1所述的电池模组，其特征在于：每个单体电池的顶部扣合安装有绝缘顶盖；每个单体电池通过绝缘顶盖与上盖组件保持绝缘，且绝缘顶盖上设置有用于单体电池的极柱伸出的极柱避让孔；

每个单体电池的底部的通过绝缘固定框固定安装于下盖组件上，且各单体电池底部与下盖组件保持绝缘。

3.根据权利要求2所述的电池模组，其特征在于：位于同一直线上的多个单体电池共用一个绝缘顶盖和一个绝缘固定框。

4.根据权利要求1至3任一权利要求所述的电池模组，其特征在于：泄爆通道包括第一连接管和第二连接管；第一连接管焊接固定于上盖组件上，第二连接管一体成型于绝缘顶盖上，第二连接管在单体电池顶盖的正投影要覆盖泄爆膜的区域，第一连接管插接于第二连接管内，且第一连接管和第二连接管之间间隙与外部保持密闭。

5.根据权利要求4所述的电池模组，其特征在于：单体电池顶盖上表面设置有环形密封圈，环形密封圈用于和位于第二连接管内部的第一连接管端部紧密接触。

6.根据权利要求4所述的电池模组，其特征在于：第一连接管位于第二连接管内的部分至少部分呈锥形设置。

7.根据权利要求1所述的电池模组，其特征在于：所述上盖组件包括第一板件以及第一快插接头；

第一板件包括一体成型的第一水平板和两个第一竖直板，第一水平板内一体成型有热失控烟气排放通道，且第一水平板上开设有多个用于将第一连接管和热失控烟气排放通道连通的通孔；

两个第一竖直板用于和下盖组件拼接构成箱体的两个侧壁；

第一快插接头安装于第一水平板上用于作为热失控烟气排放通道与外部排烟管的连通件。

8.根据权利要求1所述的电池模组，其特征在于：所述下盖组件包括第二板件以及第二快插接头；

第二板件包括一体成型的第二水平板和两个第二竖直板，第二水平板内一体成型有热交换介质流通通道；

两个第二竖直板用于和上盖组件拼接构成箱体的两个侧壁；

第二快插接头为两个，且均安装于第二水平板上，分别用于作为热交换介质流通通道的进口和出口。

9.根据权利要求1所述的电池模组，其特征在于：所述端盖为两个，且均通过螺钉连接的方式与上盖组件、下盖组件固定连接，且两个端盖中的其中一个与单体电池之间具有一个容纳腔，容纳腔内固定设置主控电路板，主控电路板上设置信号输出端子，信号输出端子的至少部分延伸出该端盖外。

10.根据权利要求9所述的电池模组，其特征在于：还包括电信号采集传输板，电信号采集传输板铺设于所有单体电池顶盖和上盖组件之间，电池模组的总正接线端子和总负接线端子从一侧引出并与设置在端盖上的总正快插接头和总负快插接头连接；电信号采集传输板上的信号通过设置在主控电路板上的信号输出端子向外输出信号。