一種新型鋰離子動(dòng)力電池模組設(shè)計(jì)方法及電池模組的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種新型鋰離子動(dòng)力電池模組設(shè)計(jì)方法及電池模組，應(yīng)用于鋁殼方形電池模組，依據(jù)本發(fā)明的方法進(jìn)行電池模組設(shè)計(jì)開發(fā)，在電池單體能量密度保持不變的情況下，可以比較顯著地提高電池模組的重量比能量密度和體積比能量密度，因此，也將明顯提高電池系統(tǒng)的整體能量密度，對(duì)電動(dòng)車輛的開發(fā)具有重要意義。并且，按照此方法開發(fā)的電池模組具備良好的裝配工藝性和互換性，使電池系統(tǒng)的裝配工藝性得到改善，生產(chǎn)效率得到提高。
【專利說明】一種新型鋰離子動(dòng)力電池模組設(shè)計(jì)方法及電池模組

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及鋰離子電池制造【技術(shù)領(lǐng)域】，特別地涉及一種新型鋰離子動(dòng)力電池模組 設(shè)計(jì)方法及電池模組。

【背景技術(shù)】
[0002] 鋰離子動(dòng)力電池模組是純電動(dòng)、混合動(dòng)力車輛動(dòng)力電池系統(tǒng)的核心組成部分，其 設(shè)計(jì)的優(yōu)劣直接關(guān)系和影響到整個(gè)電池系統(tǒng)的性能表現(xiàn)與壽命，而動(dòng)力電池系統(tǒng)的性能又 關(guān)乎電動(dòng)車輛的整體性能。因此，動(dòng)力電池模組設(shè)計(jì)已成為電動(dòng)車輛開發(fā)中的重要一環(huán)。
[0003] 目前市場(chǎng)上的鋰離子動(dòng)力電池單體通常可以分為鋁殼方形電池、聚合物軟包裝電 池和圓形電池等種類，鋰離子電池目前已被應(yīng)用于非常廣泛的領(lǐng)域，由于其能量密度高、性 能穩(wěn)定、安全可靠，其在電動(dòng)車輛領(lǐng)域的應(yīng)用也得到了市場(chǎng)的認(rèn)可。
[0004] 但是，當(dāng)前鋰離子動(dòng)力電池模組設(shè)計(jì)存在以下問題：
[0005] 1.電池單體的布置：由于鋁殼方形電池在使用過程中，通常會(huì)因?yàn)殡姵貎?nèi)部的物 理化學(xué)反應(yīng)導(dǎo)致部分電解液氣化，從而引起電池體積膨脹（一般體現(xiàn)在電池面積最大的兩 個(gè)平面），為了避免由于電池膨脹而導(dǎo)致電池外殼相互接觸，電池單體之間通常會(huì)保留一定 間隙（一般需要控制在2mm以上）。由于間隙的存在，必然導(dǎo)致電池模組的體積比能量密度 的下降，電池系統(tǒng)的體積比能量密度也會(huì)隨之下降，這樣電動(dòng)車輛所能夠攜帶的最大能量 將減少，從而對(duì)電動(dòng)車輛的整體性能造成影響；
[0006] 2.連接電池單體的匯流排：電池單體之間由匯流排連接以確保電流導(dǎo)通。在滿足 導(dǎo)電性能要求的情況下，當(dāng)前技術(shù)中應(yīng)用的匯流排的散熱性能不高；
[0007] 3.匯流排與電池單體的連接工藝：匯流排與電池單體的連接方式通常采用螺栓 連接。螺栓連接方式的優(yōu)點(diǎn)在于裝配方便、維修簡(jiǎn)單，可以比較快速、便利地更換電池單體。 但是，由于螺栓、螺母等緊固件的存在，導(dǎo)致此種連接方式通常會(huì)占用較大空間尺寸（通常 會(huì)超出電池殼體高度l〇mm?20mm)，導(dǎo)致電池模組體積增加，體積比能量密度下降，并且也 會(huì)引起電池模組的重量增加，重量比能量密度下降；
[0008] 4.電池模組內(nèi)部線束及接口設(shè)計(jì)：出于對(duì)電池系統(tǒng)監(jiān)控的需要，電池模組內(nèi)部需 要布置電壓、溫度采樣線束，用來采集電池單體的電壓和溫度，以便于判斷各個(gè)電池單體的 實(shí)時(shí)狀態(tài)及健康狀況，線束端部需要設(shè)置便于操作的接口，以便于與其他電子設(shè)備的連接 和數(shù)據(jù)傳輸；由于電池模組內(nèi)的空間有限，內(nèi)部線束以及接口的布局限制了電池模組內(nèi)的 空間利用；
[0009] 5.由于環(huán)境的差異性，電動(dòng)車輛可能運(yùn)行在較為寒冷的氣候中，這對(duì)于電池性能 的發(fā)揮是非常不利的。
[0010] 6.現(xiàn)有電池模組的整體設(shè)計(jì)防振動(dòng)、沖擊、溫濕度循環(huán)等性能尚有改善和提高的 空間。
[0011] 鑒于此，本發(fā)明提供了一種新型鋰離子動(dòng)力電池模組設(shè)計(jì)方法及電池模組。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0012] 本發(fā)明的目的是提供一種新型鋰離子動(dòng)力電池模組設(shè)計(jì)方法及電池模組，以解決 上述現(xiàn)有技術(shù)中存在的問題。
[0013] 為了實(shí)現(xiàn)本發(fā)明的目的，本發(fā)明提供了一種新型鋰離子動(dòng)力電池模組設(shè)計(jì)方法， 應(yīng)用于錯(cuò)殼方形電池模組，
[0014] 電池單體之間設(shè)置有絕緣墊片，所述電池單體與所述絕緣墊片密封連接；
[0015] 匯流排為薄而寬大面積結(jié)構(gòu)，并且可在其表面上設(shè)置有不規(guī)則的形狀，所述不規(guī) 則的形狀包括凸起和/翻邊；
[0016] 所述匯流排與電池單體的連接采用焊接方式，在產(chǎn)品批量化生產(chǎn)階段，電池模組 采用激光焊接方式，在產(chǎn)品前期開發(fā)試制階段，電池模組采用電阻焊方式；
[0017] 利用印刷電路板對(duì)電池系統(tǒng)進(jìn)行監(jiān)控的需要，包括用來采集電池單體的電壓和溫 度，以便于判斷各個(gè)電池單體的實(shí)時(shí)狀態(tài)及健康狀況；
[0018] 在電池模組內(nèi)預(yù)留加熱器件的安裝位置和線束接口；
[0019] 所述電池模組的制作材料為輕質(zhì)材料。
[0020] 進(jìn)一步地，所述印刷電路板使用貼片元件。
[0021] 進(jìn)一步地，所述電池模組外框架將其所有電池單體緊緊地箍成一個(gè)整體。
[0022] 相應(yīng)地，本發(fā)明還提供了一種電池模組，其應(yīng)用上述的任一項(xiàng)電池模組設(shè)計(jì)方法 進(jìn)行設(shè)計(jì)。
[0023] 本發(fā)明，與現(xiàn)有技術(shù)相比具有如下優(yōu)勢(shì)：
[0024] 1.提高電池模組的重量比能量密度和體積比能量密度；
[0025] 2.提高電池模組的環(huán)境適應(yīng)能力和可靠性；
[0026] 3.增加電池模組的通用性并改善電池系統(tǒng)的裝配工藝性。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0027] 圖1是本發(fā)明實(shí)施例中電池單體布置方式示意圖；
[0028] 圖2是本發(fā)明實(shí)施例中匯流排結(jié)構(gòu)示意圖；
[0029] 圖3是本發(fā)明實(shí)施例中印刷電路板結(jié)構(gòu)示意圖；
[0030] 圖4是本發(fā)明實(shí)施例中電池模組外形示意圖；
[0031] 圖5是本發(fā)明實(shí)施例中電池模組分解示意圖。

【具體實(shí)施方式】
[0032] 為了使本發(fā)明的目的、技術(shù)方案及有益效果更加清楚明白，以下結(jié)合實(shí)施例，對(duì)本 發(fā)明進(jìn)行進(jìn)一步詳細(xì)說明。應(yīng)當(dāng)理解為此處所描述的具體實(shí)施例僅僅用以解釋本發(fā)明，并 不用于限制本發(fā)明的保護(hù)范圍。
[0033] 本發(fā)明提供了一種新型鋰離子動(dòng)力電池模組設(shè)計(jì)方法，應(yīng)用于鋁殼方形電池模 組，
[0034] 電池單體之間設(shè)置有絕緣墊片，所述電池單體與所述絕緣墊片密封連接；
[0035] 如圖1所示，電池單體之間盡量保持緊密接觸，即電池單體之間除必要的絕緣墊 片之外，不再預(yù)留間隙，采用此種布置方式，將會(huì)對(duì)電池單體在使用過程中的體積膨脹現(xiàn)象 進(jìn)行有效的控制，即通過外力作用阻止電池單體產(chǎn)生鼓脹。試驗(yàn)證實(shí)，此種方式可以提高電 池單體壽命，預(yù)計(jì)提高比例在10 %?20%。
[0036] 匯流排為薄而寬大面積結(jié)構(gòu)，并且其表面上設(shè)置有不規(guī)則的形狀，所述不規(guī)則的 形狀包括凸起和/翻邊；
[0037] 如圖2所示，匯流排的橫截面積在滿足導(dǎo)電性能要求（約為3?5A/mm2)的前提 下，應(yīng)盡量保證其具有較大的表面積。在電池模組工作過程中，匯流排由于通過大電流的 原因，其溫度通常會(huì)高于電池單體，一般會(huì)高出4?8°C。因此，匯流排的散熱狀態(tài)好壞往 往關(guān)系到電池模組的整體性能。為提高電池模組的散熱性能，匯流排的結(jié)構(gòu)形狀可以盡量 做到薄而寬大，并且可以采用不規(guī)則的形狀（如拱形凸起、翻邊等）來增加其表面積，如圖 2所示。這樣，在有強(qiáng)制空氣對(duì)流的情況下，可以更快地帶走匯流排在工作過程中所產(chǎn)生的 熱量，以便于電池更多時(shí)間工作在最佳溫度范圍，從而改善電池單體性能表現(xiàn)并提高其壽 命；
[0038] 所述匯流排與電池單體的連接采用焊接方式，在產(chǎn)品批量化生產(chǎn)階段，電池模組 采用激光焊接方式，在產(chǎn)品前期開發(fā)試制階段，電池模組采用電阻焊方式；
[0039] 鑒于螺栓連接方式的缺陷，匯流排與電池單體的連接應(yīng)盡量選擇焊接方式，并選 擇最合理的焊接工藝。激光焊接效率較高，焊接可靠，焊接處的過電流能力較強(qiáng)，但是焊接 設(shè)備較貴，實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化焊接需要較大投入。電阻焊設(shè)備比較容易獲得，但是焊接效率不及激 光焊接，且由于焊點(diǎn)數(shù)量限制，其焊接可靠性與激光焊接相比較低。因此，根據(jù)不同的應(yīng)用 情況，批量化生產(chǎn)的電池模組較適合采用激光焊接方式，而在產(chǎn)品的前期開發(fā)試制階段，采 用電阻焊方式則更為合理。
[0040] 利用印刷電路板對(duì)電池系統(tǒng)進(jìn)行監(jiān)控的需要，包括用來采集電池單體的電壓和溫 度，以便于判斷各個(gè)電池單體的實(shí)時(shí)狀態(tài)及健康狀況；
[0041] 如圖3所示，電池模組內(nèi)部如采用線束，不可避免需要預(yù)留線束空間與固定裝置。 如果使用印刷電路板（PCB)代替線束，將大大提高空間利用率，并簡(jiǎn)化電池模組裝配工藝， 提高電池模組可靠性。印刷電路板（PCB)上可以非常方便地安排線路走向及接口位置，并 可方便實(shí)現(xiàn)電壓和溫度的采集。如果在印刷電路板（PCB)上集成相關(guān)芯片，還可以實(shí)現(xiàn)信 號(hào)的初步處理功能。在印刷電路板（PCB)的設(shè)計(jì)過程中，應(yīng)盡量選擇貼片元件，以降低其整 體高度，并便于其絕緣防護(hù)的實(shí)現(xiàn)。
[0042] 在電池模組內(nèi)預(yù)留加熱器件的安裝位置和線束接口；
[0043] 由于環(huán)境的差異性，電動(dòng)車輛可能運(yùn)行在較為寒冷的氣候中，這對(duì)于電池性能的 發(fā)揮是非常不利的。針對(duì)這種情況，在電池模組設(shè)計(jì)過程中需要為其預(yù)留加熱器件的安裝 位置和線束接口，以方便電池模組應(yīng)對(duì)不同環(huán)境要求，并保護(hù)電池避免運(yùn)行在惡劣環(huán)境中， 延長(zhǎng)電池壽命。
[0044] 所述電池模組的制作材料為輕質(zhì)材料。
[0045] 電池模組由于其使用特點(diǎn)，需要滿足包括振動(dòng)、沖擊、碰撞、溫度變化、濕度變化、 鹽霧等內(nèi)容。電池模組的設(shè)計(jì)在滿足相關(guān)環(huán)境要求的情況下，還應(yīng)當(dāng)盡量使用輕質(zhì)材料，以 實(shí)現(xiàn)電池模組重量的降低，以提高能量密度。如圖4、圖5所示，提供了一種電池模組的結(jié)構(gòu) 組成，此模組的外框架將12只電池單體緊緊地箍成一個(gè)整體，并且連接電池單體的匯流排 也增加了模組的整體強(qiáng)度，從而保證此模組能夠通過嚴(yán)苛的環(huán)境適應(yīng)性測(cè)試。
[0046] 電池模組內(nèi)部的印刷電路板接口設(shè)計(jì)需要滿足模組在不同安裝位置下的要求，即 電池模組在不同的安裝狀態(tài)下均可實(shí)現(xiàn)外部線束的方便連接；
[0047] 按照本專利中所描述的方法進(jìn)行電池模組設(shè)計(jì)開發(fā)，在電池單體能量密度保持不 變的情況下，可以比較顯著地提高電池模組的重量比能量密度和體積比能量密度，因此，也 將明顯提高電池系統(tǒng)的整體能量密度，對(duì)電動(dòng)車輛的開發(fā)具有重要意義。并且，按照此方法 開發(fā)的電池模組具備良好的裝配工藝性和互換性，使電池系統(tǒng)的裝配工藝性得到改善，生 產(chǎn)效率得到提高。
[〇〇48] 以上所述僅是本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施方式，應(yīng)當(dāng)指出，對(duì)于本【技術(shù)領(lǐng)域】的普通技術(shù)人 員來說，在不脫離本發(fā)明原理的前提下，還可以做出若干改進(jìn)和潤飾，這些改進(jìn)和潤飾也應(yīng) 視為本發(fā)明的保護(hù)范圍。
【權(quán)利要求】
1. 一種新型鋰離子動(dòng)力電池模組設(shè)計(jì)方法，應(yīng)用于鋁殼方形電池模組，其特征在于， 電池單體之間設(shè)置有絕緣墊片，所述電池單體與所述絕緣墊片密封連接； 匯流排為薄而寬大面積結(jié)構(gòu)，并且可在其表面上設(shè)置有不規(guī)則的形狀，所述不規(guī)則的 形狀包括凸起和/翻邊； 所述匯流排與電池單體的連接采用焊接方式，在產(chǎn)品批量化生產(chǎn)階段，電池模組采用 激光焊接方式，在產(chǎn)品前期開發(fā)試制階段，電池模組采用電阻焊方式； 利用印刷電路板對(duì)電池系統(tǒng)進(jìn)行監(jiān)控的需要，包括用來采集電池單體的電壓和溫度， 以便于判斷各個(gè)電池單體的實(shí)時(shí)狀態(tài)及健康狀況； 在電池模組內(nèi)預(yù)留加熱器件的安裝位置和線束接口； 所述電池模組的制作材料為輕質(zhì)材料。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的新型鋰離子動(dòng)力電池模組設(shè)計(jì)方法，其特征在于，所述印刷 電路板使用貼片元件。
3. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的新型鋰離子動(dòng)力電池模組設(shè)計(jì)方法，其特征在于，所述電池 模組外框架將其所有電池單體緊緊地箍成一個(gè)整體。
4. 一種電池模組，其特征在于，其應(yīng)用如權(quán)利要求1-3中任一項(xiàng)所述電池模組設(shè)計(jì)方 法進(jìn)行設(shè)計(jì)。
【文檔編號(hào)】H01M2/22GK104103800SQ201410378702
【公開日】2014年10月15日 申請(qǐng)日期:2014年7月31日 優(yōu)先權(quán)日:2014年7月31日
【發(fā)明者】榮強(qiáng), 崔立豐, 劉一凡, 孫美紅 申請(qǐng)人:天津力神電池股份有限公司