电池模组、相应的方法和电池包与流程

1.本发明涉及一种电池模组。本发明还涉及一种相应的用于装配电池模组的方法以及一种相应的电池包。


背景技术：

2.近年来，随着人们对于环境保护的日益重视，由单体电池、尤其是锂离子电池组成的电池模组和由电池模组进一步组成的电池包作为动力源在车辆、消费电子等领域中的应用受到越来越多的关注，并且市场对于电池产品的动力性能、安全性以及使用寿命提出越来越高的要求。
3.由现有技术已知，电池产品对于运行温度非常敏感，只有在合适的温度范围内才能高效率地充放电并且保持良好性能，其中，过高的运行温度使得电池老化速度和热阻增大速度加快并且由此导致使用寿命变短，甚至引发电池热失控等问题；而过低的运行温度使得电池电解液的电导率降低、离子活性下降并且电池容量减小。
4.然而，在传统的电池产品中，热量需要传导经过较长的导热路径，例如电芯内部封装结构、电芯铝塑膜、结构胶等，这会引起导热介质多、导热效率低等一系列问题，从而导致电池产品不能良好地在最佳温度范围中运行。此外，传统的电池产品由于部件多且结构复杂而具有成本高和过流能力低等缺点。


技术实现要素：

5.因此，本发明的目的在于提出一种改进的电池模组，所述电池模组能够简化导热路径和提升导热效率，并且能够增强电池模组的机械强度和过流能力，由此尽可能地使电池模组在最佳温度范围中运行并且提升电池模组的功率性能和使用寿命。此外，根据本发明的电池模组能够简单地和成本有利地制造和装配。本发明的目的还在于提出一种相应的用于装配电池模组的方法以及一种相应的电池包。
6.根据本发明的第一方面，提供一种电池模组，该电池模组至少包括：
7.‑
彼此堆叠布置的多个单体电池，所述单体电池分别具有正极耳、负极耳和至少一个导热极耳，所述导热极耳与所述单体电池的电芯中的集流体连接；
8.‑
配置成用于支承所述单体电池的导热支承板，所述导热极耳接触所述导热支承板，
9.其中，所述导热支承板由位于两侧的绝缘的支架和位于中间的多个导热连接片多件式地构造。
10.相比于现有技术，根据本发明的电池模组中的单体电池能够利用与电芯中的集流体连接的至少一个导热极耳将电池内部的热量沿集流体延伸方向直接从单体电池中导出或者将热量直接导入到单体电池中，由此能够明显简化导热路径并且提高导热效率。通过导热极耳与导热支承板的导热连接片的接触能够增大导热面积并且进一步提高导热效率，从而使得电池模组中的各个单体电池能够始终在优化的温度范围中运行。此外，导热极耳
由于与电芯中的集流体连接而带电，通过导热支承板的绝缘支架能够防止出现泄露电流并且确保电池模组的过流能力。
11.根据本发明的示例性实施方式，所述支架由塑胶材料制造；和/或，所述导热连接片由金属材料、尤其是铝制造。
12.根据本发明的示例性实施方式，所述支架设有热铆柱结构，并且所述导热连接片设有相应的定位孔，通过所述热铆柱结构和所述定位孔的相互配合实现所述支架与所述导热连接片的固定连接。
13.根据本发明的示例性实施方式，所述导热极耳经由相邻的导热连接片之间的间隙穿过所述导热支承板；和/或，所述导热极耳以l形弯折的方式贴合在所述导热连接片上；和/或，所述导热极耳与所述导热连接片尤其通过焊接相互固定连接。
14.根据本发明的示例性实施方式，所述导热连接片的数量相应于所述单体电池的数量；和/或，在相邻的导热连接片之间的间隙宽度根据爬电距离和电气间隙的要求设定。
15.根据本发明的示例性实施方式，所述导热极耳在所述单体电池的基本上整个纵向延伸尺度上延伸；和/或，所述单体电池分别在相对置的两个纵向侧上设置有导热极耳，并且所述电池模组相应地具有两个导热支承板；和/或，所述电池模组还包括端部顶板。
16.本发明的第二方面提出一种用于装配电池模组的方法，所述电池模组是根据本发明的电池模组，所述方法至少包括以下步骤：
17.s1：提供导热支承板，所述导热支承板由位于两侧的绝缘的支架和位于中间的多个导热连接片多件式地构造；
18.s2：提供多个单体电池，所述单体电池分别具有正极耳、负极耳和至少一个导热极耳，所述导热极耳与所述单体电池的电芯中的集流体连接；
19.s3：将所述多个单体电池彼此堆叠地布置，并且将所述导热极耳接触所述导热支承板。
20.根据本发明的示例性实施方式，在步骤s1中，将设置在所述支架上的热铆柱结构插入到所述导热连接片的相应的定位孔中并且通过热压工艺使所述热铆柱结构变形。
21.根据本发明的示例性实施方式，所述方法还包括步骤s4，其中，将所述导热极耳l形地折弯并且贴合、尤其焊接在所述导热连接片上。
22.本发明的第三方面提出一种电池包，包括至少一个根据本发明的电池模组和导热装置，所述导热装置与所述电池模组的导热极耳接触并且配置成用于将所述电池模组中的热量导出和/或将热量导入到所述电池模组中。
23.根据本发明的示例性实施方式，所述导热装置构造为液冷板；和/或，在所述导热装置上在所述导热装置和所述导热极耳之间敷设有绝缘薄膜、尤其是聚碳酸酯绝缘薄膜。
附图说明
24.下面，通过参看附图更详细地描述本发明，可以更好地理解本发明的原理、特点和优点。附图包括：
25.图1示出了根据本发明的一个示例性实施例的电池模组的单体电池的示意图；
26.图2示出了根据本发明的一个示例性实施例的电池模组的爆炸视图；
27.图3示出了根据本发明的一个示例性实施例的电池模组的导热支承板的示意图；
28.图4示出了根据本发明的一个示例性实施例的电池模组的装配视图；
29.图5示出了根据本发明的一个示例性实施例的用于装配电池模组的方法的流程图；
30.图6示出了根据本发明的一个示例性实施例的电池包的示意图。
具体实施方式
31.为了使本发明所要解决的技术问题、技术方案以及有益的技术效果更加清楚明白，以下将结合附图以及多个示例性实施例对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅用于解释本发明，而不用于限定本发明的保护范围。
32.图1示出了根据本发明的一个示例性实施例的电池模组100的单体电池10的示意图。在此，电池模组100尤其使用在车辆的电池包中并且作为动力源提供电能，具体结构参见图2。在此，单体电池10示例性地构造为可重复充放电的软包锂离子电池。
33.如图1所示，单体电池10包括电芯1、正极耳2和负极耳3。在此，电芯1示例性地具有适用于软包锂离子电池的聚合物壳体和位于聚合物壳体中的集流体，所述集流体配置成用于将电池活性物质产生的电流汇集起来以形成较大电流对外输出并且示例性地构造为金属箔。在此，正极耳2和负极耳3分别与集流体中的相应的正极集流体和负极集流体连接并且从壳体中延伸出来，以便作为单体电池10的正极和负极起作用。
34.如图1所示，单体电池10还包括至少一个导热极耳4，所述导热极耳同样与电芯1中的集流体直接连接并且从壳体中延伸出来。在此可以考虑，导热极耳4与正极耳2和/或负极耳3相同地构造，由此简化导热极耳4的制造过程。示例性地，导热极耳4由铝制造。由于集流体在延伸方向上具有连续性以及高导热率，能够实现热量经由集流体和导热极耳4的快速传递，由此能够在简化导热路径的情况下有利地快速调节单体电池10的温度并且使单体电池10始终在理想的温度范围内工作。需要指出的是，由于导热极耳4与集流体直接连接，因此导热极耳4同样是带电的。
35.示例性地，导热极耳4在单体电池10的基本上整个纵向延伸尺度上延伸。在本发明的框架下，“纵向延伸尺度”理解为单体电池10的相对较长侧的延伸尺寸。由此能够实现导热极耳4的尽可能大的换热面积并且提高导热效率。
36.示例性地，单体电池10分别在相对置的两个纵向侧上设置有导热极耳4，由此能够进一步增大单体电池10的换热面积。
37.示例性地，还可以考虑在单体电池10的任意侧上设置本领域技术人员认为有意义的任意数量的导热极耳4。
38.图2示出了根据本发明的一个示例性实施例的电池模组100的爆炸视图。
39.如图2所示，电池模组100包括多个在图1中示出的单体电池10，所述单体电池彼此堆叠地布置成电池堆。在此，这些单体电池10通过各自正极耳2和负极耳3的连接以串联和/或并联的方式共同向外部供应电能。
40.如图2所示，电池模组100还包括导热支承板20，所述导热支承板配置成用于在装配状态中支承这些单体电池10，以便确保电池模组100的结构稳定性。导热支承板20由位于两侧的绝缘的支架21和位于中间的多个导热连接片22多件式地构造，其中，支架21与导热连接片22固定连接。在此，在导热支承板20的各两个相邻的导热连接片22之间存在间隙，在
装配时单体电池10的导热极耳4经由所述间隙穿过导热支承板20并且接触、尤其是贴合所述导热支承板20的导热连接片22，从而进一步增大导热极耳4的热接触面积并且提高导热效率。在此，由于支架21是绝缘的，因此避免电荷经由导热极耳4和导热连接片22传导给电池模组或电池包的其它部件，从而避免出现泄漏电流并且确保电池模组100的过流能力。
41.示例性地，支架21由塑胶材料制造。当然也可以考虑，支架21由本领域技术人员认为有意义的其它绝缘材料制造。
42.示例性地，导热连接片22由金属材料、尤其是铝制造。当然也可以考虑，导热连接片22由本领域技术人员认为有意义的其它导热材料制造。
43.示例性地，当单体电池10分别在相对置的两个纵向侧上设置有导热极耳4时，电池模组100在这两个纵向侧上相应地具有两个导热支承板20。
44.示例性地，导热支承板20的导热连接片22的数量相应于单体电池10的数量。
45.示例性地，在相邻的各两个导热连接片22之间的间隙的宽度根据爬电距离和电气间隙的要求设定，由此确保电池模组100的电气安全和稳定性。在此，所述间隙的宽度可以根据爬电距离和电气间隙的要求基于经验数据或实验数据得出。
46.如图2所示，电池模组100还示例性地包括两个端部顶板30，所述端部顶板布置在由单体电池10组成的电池堆的两侧并且在装配时将所述电池堆挤压在它们之间，由此进一步提升整个电池模组100的结构稳定性和机械强度并且避免位于外侧的单体电池10由于受到撞击而损坏。
47.图3示出了根据本发明的一个示例性实施例的电池模组100的导热支承板20的示意图。
48.如图3所示，导热支承板20由位于两侧的两个绝缘的支架21和位于中间的多个导热连接片22组成，其中，支架21与导热连接片22固定连接。各个导热连接片22可以彼此不同地构造。在此，导热连接片22的宽度可以根据要贴合的导热极耳4的宽度确定。在此，导热连接片22的长度大于导热极耳4的长度。
49.如图3所示，支架21设有热铆柱结构23，所述热铆柱结构尤其与支架21例如通过注塑一件式地构造。导热连接片22设有与热铆柱结构23相对应的定位孔24。在此，通过热铆柱结构23和定位孔24的相互配合能够实现支架21与导热连接片22的固定连接。示例性地，通过热压工艺使插入到定位孔24中的热铆柱结构23变形，从而实现上述固定连接。此外，还可以考虑本领域技术人员认为有意义的其它连接方式，例如粘接或嵌接。
50.图4示出了根据本发明的一个示例性实施例的电池模组100的装配视图，该装配视图示出电池模组100的装配状态。
51.如图4所示，在电池模组100的装配状态中，由两个相对置的端部顶板30和至少一个导热支承板20形成框架，该框架围绕并且支承由多个单体电池10组成的电池堆。每个单体电池10的导热极耳4分别经由导热支承板20的各两个相邻的导热连接片22之间的间隙穿过导热支承板20。在这种情况下，导热极耳4的至少一部分外置于电池模组100的底部。
52.示例性地，导热极耳4的穿过导热支承板20的部分借助于工装夹具以l形弯折的方式贴合在所述导热连接片22上，由此增大导热极耳4的热接触面积并且提高导热效率。示例性地，导热极耳4与导热连接片22尤其通过焊接相互固定连接，这样能够实现电池模组100的高机械强度和结构稳定性。
53.图5示出了根据本发明的一个示例性实施例的用于装配电池模组100的方法的流程图。
54.如图5所示，所述方法至少包括以下步骤：
55.s1：提供导热支承板20，所述导热支承板由位于两侧的绝缘的支架21和位于中间的多个导热连接片22多件式地构造，其中，可选地，在支架21上设置有热铆柱结构23，并且在导热连接片上设置有相应于热铆柱结构23的定位孔24中，在将热铆柱结构23插入到定位孔24中之后通过热压工艺使热铆柱结构23变形从而实现支架21与导热连接片22的固定连接；
56.s2：提供多个单体电池10，所述单体电池分别具有正极耳2、负极耳3和至少一个导热极耳4，所述导热极耳与单体电池10的电芯1中的集流体直接连接；
57.s3：将所述多个单体电池10彼此堆叠地布置，并且将所述导热极耳4经由相邻的导热连接片22之间的间隙穿过并且接触所述导热支承板20。
58.示例性地，所述方法还可选地包括步骤s4，在该步骤中，将所述导热极耳l形地折弯并且贴合在相应的导热连接片22上。在此可以考虑通过焊接工艺将导热极耳4与导热连接片22固定连接。
59.图6示出了根据本发明的一个示例性实施例的电池包1000的示意图。
60.如图6所示，电池包1000包括多个根据本发明的电池模组100，这些电池模组通过各自的正负极以串并联的方式相互连接并且向外部供应电能。电池包1000还包括处于电池包层级的导热装置200，所述导热装置配置成用于将电池模组100中的热量导出和/或将热量导入到电池模组100中。在此，导热装置200与电池模组100的导热极耳4接触或贴合。由此形成热量从电池模组100的电芯集流体经由导热极耳4至电池包1000的导热装置200的导热路径，该导热路径相比于传统电池包的导热路径明显简化并且极大地提升导热效率。在此，导热装置200示例性地构造为液冷板，该液冷板尤其由金属制造。
61.示例性地，为了防止导热极耳4所带电荷经由导热装置200泄露出去，在导热装置200上在导热装置200和导热极耳4之间敷设有绝缘薄膜、尤其是聚碳酸酯(pc)绝缘薄膜，该绝缘薄膜例如可以具有0.2mm的厚度。此外，还可以考虑在导热装置200和导热极耳4之间施加导热硅胶。
62.示例性地，当电池模组100的单体电池10分别在相对置的两个纵向侧上设置有导热极耳4时，可以在电池模组100的两侧均设置有导热装置200，以便尽可能地提高导热效率。
63.示例性地，电池包1000还可以包括温度管理系统，该温度管理系统配置成用于监控电池包中的电池模组100的温度并且相应地控制导热装置200进行温度调节，以确保电池模组100始终处于正常的工作温度范围内。
64.前面对于实施方式的阐释仅在所述示例的框架下描述本发明。当然，只要在技术上有意义，实施方式的各个特征能够自由地相互组合，而不偏离本发明的框架。
65.对于本领域的技术人员而言，本发明的其它优点和替代性实施方式是显而易见的。因此，本发明就其更宽泛的意义而言并不局限于所示和所述的具体细节、代表性结构和示例性实施例。相反，本领域的技术人员可以在不脱离本发明的基本精神和范围的情况下进行各种修改和替代。

技术特征：
1.一种电池模组(100)，至少包括：
‑
彼此堆叠布置的多个单体电池(10)，所述单体电池分别具有正极耳(2)、负极耳(3)和至少一个导热极耳(4)，所述导热极耳与所述单体电池(10)的电芯(1)中的集流体连接；
‑
配置成用于支承所述单体电池(10)的导热支承板(20)，所述导热极耳(4)接触所述导热支承板，其中，所述导热支承板(20)由位于两侧的绝缘的支架(21)和位于中间的多个导热连接片(22)多件式地构造。2.根据权利要求1所述的电池模组(100)，其特征在于，所述支架(21)由塑胶材料制造；和/或所述导热连接片(22)由金属材料、尤其是铝制造。3.根据权利要求1或2所述的电池模组(100)，其特征在于，所述支架(21)设有热铆柱结构(23)，并且所述导热连接片(22)设有相应的定位孔(24)，通过所述热铆柱结构(23)和所述定位孔(24)的相互配合实现所述支架(21)与所述导热连接片(22)的固定连接。4.根据前述权利要求中任一项所述的电池模组(100)，其特征在于，所述导热极耳(4)经由相邻的导热连接片(22)之间的间隙穿过所述导热支承板(20)；和/或所述导热极耳(4)以l形弯折的方式贴合在所述导热连接片(22)上；和/或所述导热极耳(4)与所述导热连接片(22)尤其通过焊接相互固定连接。5.根据前述权利要求中任一项所述的电池模组(100)，其特征在于，所述导热连接片(22)的数量相应于所述单体电池(10)的数量；和/或在相邻的导热连接片(22)之间的间隙宽度根据爬电距离和电气间隙的要求设定。6.根据前述权利要求中任一项所述的电池模组(100)，其特征在于，所述导热极耳(4)在所述单体电池(10)的基本上整个纵向延伸尺度上延伸；和/或所述单体电池(10)分别在相对置的两个纵向侧上设置有导热极耳(4)，并且所述电池模组(100)相应地具有两个导热支承板(20)；和/或所述电池模组(100)还包括端部顶板(30)。7.一种用于装配电池模组(100)的方法，所述电池模组是根据权利要求1至6中任一项所述的电池模组，所述方法至少包括以下步骤：s1：提供导热支承板(20)，所述导热支承板由位于两侧的绝缘的支架(21)和位于中间的多个导热连接片(22)多件式地构造；s2：提供多个单体电池(10)，所述单体电池分别具有正极耳(2)、负极耳(3)和至少一个导热极耳(4)，所述导热极耳与所述单体电池(10)的电芯(1)中的集流体连接；s3：将所述多个单体电池(10)彼此堆叠地布置，并且将所述导热极耳(4)接触所述导热支承板(20)。8.根据权利要求7所述的方法，其特征在于，在步骤s1中，将设置在所述支架(21)上的热铆柱结构(23)插入到所述导热连接片(22)的相应的定位孔(24)中并且通过热压工艺使所述热铆柱结构(23)变形；和/或所述方法还包括步骤s4，其中，将所述导热极耳(4)l形地折弯并且贴合、尤其焊接在所述导热连接片(22)上。9.一种电池包(1000)，包括至少一个根据权利要求1至6中任一项所述的电池模组
(100)和导热装置(200)，所述导热装置与所述电池模组(100)的导热极耳(4)接触并且配置成用于将所述电池模组(100)中的热量导出和/或将热量导入到所述电池模组(100)中。10.根据权利要求9所述的电池包(1000)，其特征在于，所述导热装置(200)构造为液冷板；和/或在所述导热装置(200)上在所述导热装置(200)和所述导热极耳(4)之间敷设有绝缘薄膜、尤其是聚碳酸酯绝缘薄膜。
技术总结
本发明涉及一种电池模组(100)，至少包括：彼此堆叠布置的多个单体电池(10)，所述单体电池分别具有正极耳(2)、负极耳(3)和至少一个导热极耳(4)，所述导热极耳与所述单体电池(10)的电芯(1)中的集流体连接；配置成用于支承所述单体电池(10)的导热支承板(20)，所述导热极耳(4)接触所述导热支承板，其中，所述导热支承板(20)由位于两侧的绝缘的支架(21)和位于中间的多个导热连接片(22)多件式地构造。本发明还涉及一种相应的装配方法和电池包(1000)。能够有效地提升导热效率并且增强过流能力。够有效地提升导热效率并且增强过流能力。够有效地提升导热效率并且增强过流能力。


技术研发人员：胡晓玮 刘冠伟
受保护的技术使用者：戴姆勒股份公司
技术研发日：2021.03.19
技术公布日：2021/6/29