一种高集成电池包的制作方法

1.本发明涉及锂电池技术领域，特别是涉及一种高集成电池包。


背景技术：

2.在电动汽车行业中，动力电池包作为汽车唯一的动力来源，其电能的高低决定了电动汽车的行驶里程。提高动力电池包电能的方法有两种：采用高容量的电芯，或使用更多的电芯。一般电芯容量越高，成本也越高，因此优化动力电池包的结构，尽量使用更多的电芯成为动力电池设计过程需要考虑的重要因素。
3.当前，行业中动力电池大部分仍采用模组化进行电池系统成组，即由模组的机械结构对电芯起到支撑、固定和保护作用，再由电池系统对模组进行支撑、固定和保护。而模组由电芯、模组侧板、模组底板、模组端板、线束隔离板、模组盖板以及汇流排(busbar)组成。该电芯堆叠方案具有加工工艺复杂、零部件使用量多、成本高、成组效率低等缺点，同时由于零部件数量多，从而增加了零部件的故障率，可靠性也较低。因此，高集成度成组技术是动力电池系统产品的重要发展方向，尤其是整体电池系统成本、安全可靠性、生产效率、轻量化等维度作为重点开发方向。同时由于市场的大模块ctp(cell to pack无模组化)结构都是以方形电芯为主，形成电池包均需要3～4个大模块，这样的内部设计仍无法做到极致的零部件减少，同时由于3个以上大模块成组，内部的电连接件需要多次跨接或者连接，导致系统的接触内阻以及成本增加。


技术实现要素：

4.鉴于以上所述现有技术的缺点，本发明的目的在于提供一种高集成电池包，用于解决现有技术中形成电池包均需要3～4个大模块，这样的内部设计仍无法做到极致的零部件减少，且由于3个以上大模块成组内部电连接件需要多次跨接或者连接，导致系统的接触内阻以及成本增加的问题。
5.为实现上述目的及其他相关目的，本发明提供一种高集成电池包，包括电池模块、连接件和箱体，其特征在于，所述电池模块有两个，所述电池包内设置有一组所述电池模块间的所述连接件；其中，所述连接件包括电源连接件和信号连接件，分别用于所述电池包内部部件之间以及所述电池包与外部的电源连接和信号连接，所述电池模块和所述连接件容纳于所述箱体内。
6.于本发明的一实施例中，所述两个电池模块之间设置有间隙。
7.于本发明的一实施例中，每个所述电池模块包括18至26个电芯，所述电芯之间由双面胶粘合。
8.于本发明的一实施例中，所述箱体包括面板、盖板和底板；其中，所述盖板为u型，所述面板设置有高压连接器和低压通讯连接器，所述面板包括前面板和后面板，所述前面板、所述后面板、所述盖板和所述底板一起形成所述箱体，其连接处都设置有密封部件，使所述箱体内部形成密封结构。
9.于本发明的一实施例中，所述电源连接件包括：
10.铜排，用于所述电池模块和所述高压连接器之间的电连接；
11.汇流排组件，用于电芯和电芯之间的电连接；
12.跨接铜排，用于两个所述电池模块之间的电连接。
13.于本发明的一实施例中，所述底板为挤压铝型材，内部设置有流道，所述箱体的所述面板上设置有进液口和出液口，所述进液口、所述出液口分别连接所述流道。
14.于本发明的一实施例中，所述电池模块和所述底板之间设置有导热结构胶。
15.于本发明的一实施例中，所述面板设置有：
16.消防接口，所述消防接口为单向阀结构，当所述电池包内部出现热失控后，可以通过所述电池包外部的灭火剂喷射到所述电池包内部；
17.主动维护开关，用于切断所述电池包的高压电连接。
18.于本发明的一实施例中，所述底板的内侧固定设置有前横梁和后横梁，所述前横梁和所述后横梁设置在所述电池模块两端，作为所述电池模块的端板。
19.于本发明的一实施例中，所述电池包还包括电池管理系统，所述低压通讯连接器两端分别电连接电池管理系统和外部控制器，用于电池管理系统与所述外部控制器的通讯。
20.如上所述，本发明的高集成电池包，采用高集成度成组技术，具有以下有益效果：(1)冷却高效：寿命延长10％；(2)集成设计：零件数量降低30％，生产工艺优化减少；(3)成本降低：成本降低10％；(4)系统安全可靠性提高；(5)系统质量能量密度提升10％～15％，体积能量密度提升15％～20％；
附图说明
21.图1显示为本发明的一种高集成电池包的立体示意图。
22.图2显示为图1的内部示意图。
23.图3显示为图1的前面板示意图。
24.图4显示为图3中底板的a-a剖面示意图。
25.元件标号说明
26.前面板101；底板102；盖板103；密封区域105；前横梁2；后横梁3；电池模块4；bms5；高压连接器6；低压通讯连接器7；消防接口8；主动维护开关msd 9；铜排10；跨接铜排11；汇流排12；进液口13；出液口14；导热结构胶15；电芯16；双面胶17；流道18。
具体实施方式
27.以下通过特定的具体实例说明本发明的实施方式，本领域技术人员可由本说明书所揭露的内容轻易地了解本发明的其它优点与功效。本发明还可以通过另外不同的具体实施方式加以实施或应用，本说明书中的各项细节也可以基于不同观点与应用，在没有背离本发明的精神下进行各种修饰或改变。需说明的是，在不冲突的情况下，以下实施例及实施例中的特征可以相互组合。还应当理解，本发明实施例中使用的术语是为了描述特定的具体实施方案，而不是为了限制本发明的保护范围。下列实施例中未注明具体条件的试验方法，通常按照常规条件，或者按照各制造商所建议的条件。
28.请参阅图1至图4。须知，本说明书所附图式所绘示的结构、比例、大小等，均仅用以配合说明书所揭示的内容，以供熟悉此技术的人士了解与阅读，并非用以限定本发明可实施的限定条件，故不具技术上的实质意义，任何结构的修饰、比例关系的改变或大小的调整，在不影响本发明所能产生的功效及所能达成的目的下，均应仍落在本发明所揭示的技术内容所能涵盖的范围内。同时，本说明书中所引用的如“上”、“下”、“左”、“右”、“中间”及“一”等的用语，亦仅为便于叙述的明了，而非用以限定本发明可实施的范围，其相对关系的改变或调整，在无实质变更技术内容下，当亦视为本发明可实施的范畴。
29.请参阅图1，本发明提供一种高集成电池包，包括电池模块4、连接件和箱体。电池包中的电池模块4仅有两个，只设置有一组电池模块间的连接件。其中，连接件包括电源连接件和信号连接件，分别用于电池包内部部件之间以及电池包与外部的电源连接和信号连接。电池模块4和连接件容纳于箱体内。
30.箱体包括面板、盖板103和底板102，面板设置有高压连接器和低压通讯连接器，其中，面板包括前面板101和后面板。
31.具体的，根据电池包的装配空间规划电芯尺寸并进行ctp(cell to pack无模组化)的设计，以适当的电池包尺寸，采用2个电池模块4安装在箱体内的技术方案，以实现连接件最少，空间利用率最高，提升能量密度的技术效果。箱体起到电池包的托载作用，箱体主要材料为铝型材。
32.请参阅图1结合图2，作为一个具体实施例，箱体内设置有前横梁2和后横梁3，前横梁2焊接在箱体前部，位于箱体的前面板101和电池模块4之间。后横梁3焊接在箱体后部，位于箱体的后面板和电池模块4之间。前横梁2以及后横梁3作为抑制电池模块4膨胀的结构件，设置在电池模块4两端，同时对电池模块4进行围挡固定并作为箱体的支承横梁。
33.优选地，前横梁2作为电池模组4的前端板，后横梁3作为电池模组4的后端板，以提高系统集成度，提升体积能量密度。
34.整个箱体内共安装有两个电池模块4，并行放置在箱体内的底板102上，从而减少模块数量和零部件的数量。
35.进一步地，箱体前端还设置有bms(电池管理系统)5，用于电池包的能量管理。箱体前面板有高压连接器6以及低压通讯连接器7，作为与外部的电源连接以及信号连接。bms5通过低压通讯连接器7与外部控制器(未示出)相连。
36.前端铜排10作为电池模块4与高压连接器6的电连接，后端跨接铜排11为电池模块4之间的电连接部位。汇流排12用于电芯和电芯之间的电连接。
37.箱体的面板、底板102以及盖板103边沿分别对应的设置有密封区域105，盖板103通过螺栓在密封区域105处固定锁紧连接，并配合密封部件以确保电池包的ip防护性能。
38.电池模块4通过导热结构胶15设置于箱体底板102上，导热结构胶15由导热材料、填料材料和粘合剂组成，用于热传导和结构增强。它具有良好的传热性能，能够有效地把热量从一个地方传递到另一个地方，有助于提高电池模块4的热管理特性，还可以提高电池模块4的结构强度，确保其可靠性和耐用性。
39.图2可见，优选的，电池模块4的电芯16成组数量可以适配18～26个数，长度尺寸为657～960mm，宽度尺寸为365mm～375mm，高度尺寸为218～225mm。电池包的长度尺寸为850～1150mm，宽度尺寸为840～860mm,高度尺寸为235～245mm，电池包系统电量为38kwh～
55kwh，电池包系统电压平台为115.2v～166.4v。电池模块4成组的电芯16间隙为0.5～0.8mm，该间隙可以对电芯16充放电膨胀起到一定的空间缓冲作用，同时电芯16之间采用双面胶17进行限位和固定，确保电芯堆叠的结构性以及电芯间隙的保持性。
40.图3显示了箱体前面板101，其上集成有消防接口8，能够提高电池系统消防安全性，当电池包内部出现热失控时，可以通过消防接口8进行灭火剂的喷射，从而消除和抑制电池系统的热失控危险。消防接口8为单向阀结构，可以避免其内部出现漏水或者渗水的现象。前面板上还设置有主动维护开关msd 9，作为电池系统高压电连接的切断器件，可以在维护的时候，拔出主动维护开关msd 9，断开高压进行维护。
41.参见图4结合图2，底板12为挤压铝型材，内部设置有一体成型的流道18，供冷却液流动，可以作为电池包液冷板起到冷却作用。由图2可见，进液口13和出液口14分别由前面板101连通到底板102，通过进液口13、出液口14以及底板内部的流道18组成电池包的液冷系统。
42.本发明基于刀片电芯进行高集成电池包设计，采用两排模块设计思路，替换行业中的三排或者四排模块设计方案，以及替换行业中多个模组概念设计方案，从而减少电池系统中的电连接件、线束采集线路、固定螺栓等，同时，箱体的底板102为集成液冷板设计，以取消单独的液冷板设计，降低电池包的bom(bill of material物料清单)成本至少10％，以及提高液冷效率10％左右。通过集成刀片电芯的无模组化设计，成组效率高于行业的ctp至少15％，系统质量能量密度提升10％～15％，体积能量密度提升15％～20％；在生产工艺中，也能通过简化模组设计，减少模块的堆叠数量，从而优化生产工艺，降低生产成本。
43.使用方形刀片电芯，采用双排电池模块成组技术，电池系统质量成组效率高达90％。质量成组效率为电池系统的质量能量密度除以电芯质量能量密度，当前电池系统质量能量密度为160wh/kg，电芯质量能量密度为177.8wh/kg，对应得到电池系统的质量成组效率为90％，远高于行业65％～80％系统质量成组效率，因此在同等电池包质量下，可以装配更多的电量。
44.采用高集成ctp方案，使零部件数量减少约30％，bom成本下降。通过仅采用两个电池模块4并行成组，减少模块堆叠数量，同时取消模组生产工艺，工艺流程优化近15％，生产成本降低10％以上。箱体取消独立液冷板，采用铝型材底板102直接起到液冷作用，同时通过箱体横梁集成电池模组端板设计，取消独立模组(包括端板)设计，系统集成度高，相应的体积能量密度提升15％～20％。
45.电池的能量密度是指电池平均单位体积或质量所储存的电能。体积能量密度或质量能量密度分别等于电池包电量除以体积或者重量。详细实验统计数据见以下表1：
46.[0047][0048]
表1
[0049]
由表1可见，本发明的采用高集成度成组技术的电池包在相同的尺寸规格下，系统电量、质量能量密度和体积能量密度都高于行业水平。
[0050]
综上所述，本发明的高集成度电池包，采用高集成度成组技术，可以取消电池系统模组设计，直接通过电芯成组到电池系统中，减少了整个模组零部件以及生产工艺，并减少了电连接、线束等零部件。通过液冷板集成在箱体，代替分散式液冷的热管理系统，提高整个热管理系统的效率。通过高集成设计，电池系统的能量密度得到了提升，零件数量自然而然大量减少。由于零件的极度减少，系统变得更加可靠。本专利基于方形刀片电芯进行高度集成设计，内部仅由两个大模块集成，可以大幅减少零部件数，零件更加优化，结构更加简洁。因此，本发明有效克服了现有技术中的种种缺点而具高度产业利用价值。
[0051]
上述实施例仅例示性说明本发明的原理及其功效，而非用于限制本发明。任何熟悉此技术的人士皆可在不违背本发明的精神及范畴下，对上述实施例进行修饰或改变。因此，举凡所属技术领域中具有通常知识者在未脱离本发明所揭示的精神与技术思想下所完成的一切等效修饰或改变，仍应由本发明的权利要求所涵盖。

技术特征：
1.一种高集成电池包，包括电池模块、连接件和箱体，其特征在于，所述电池模块有两个，所述电池包内设置有一组所述电池模块间的所述连接件；其中，所述连接件包括电源连接件和信号连接件，分别用于所述电池包内部部件之间以及所述电池包与外部的电源连接和信号连接，所述电池模块和所述连接件容纳于所述箱体内。2.根据权利要求1所述的高集成电池包，其特征在于，所述两个电池模块之间设置有间隙。3.根据权利要求1所述的高集成电池包，其特征在于，每个所述电池模块包括18至26个电芯，所述电芯之间由双面胶粘合。4.根据权利要求1所述的高集成电池包，其特征在于，所述箱体包括面板、盖板和底板；其中，所述盖板为u型，所述面板设置有高压连接器和低压通讯连接器，所述面板包括前面板和后面板，所述前面板、所述后面板、所述盖板和所述底板一起形成所述箱体，其连接处都设置有密封部件，使所述箱体内部形成密封结构。5.根据权利要求4所述的高集成电池包，其特征在于，所述电源连接件包括：铜排，用于所述电池模块和所述高压连接器之间的电连接；汇流排组件，用于电芯和电芯之间的电连接；跨接铜排，用于两个所述电池模块之间的电连接。6.根据权利要求4所述的高集成电池包，其特征在于，所述底板为挤压铝型材，内部设置有流道，所述箱体的所述面板上设置有进液口和出液口，所述进液口、所述出液口分别连接所述流道。7.根据权利要求4所述的高集成电池包，其特征在于，所述电池模块和所述底板之间设置有导热结构胶。8.根据权利要求4所述的高集成电池包，其特征在于，所述面板还设置有：消防接口，所述消防接口为单向阀结构，当所述电池包内部出现热失控后，可以通过所述电池包外部的灭火剂喷射到所述电池包内部；主动维护开关，用于切断所述电池包的高压电连接。9.根据权利要求4所述的高集成电池包，其特征在于，所述底板的内侧固定设置有前横梁和后横梁，所述前横梁和所述后横梁设置在所述电池模块两端，作为所述电池模块的端板。10.根据权利要求4所述的高集成电池包，其特征在于，所述电池包还包括电池管理系统，所述低压通讯连接器两端分别电连接电池管理系统和外部控制器，用于电池管理系统与所述外部控制器的通讯。

技术总结
本发明提供一种高集成电池包，包括电池模块、连接件和箱体，其中，电池模块仅有两个，电池包内只设置有一组电池模块间的连接件；连接件包括电源连接件和信号连接件，分别用于电池包内部部件之间以及电池包与外部的电源连接和信号连接，电池模块和连接件容纳于箱体内。本发明将电芯成组到电池系统中，减少了整个模组零部件以及生产工艺，同时减少了电连接、线束等零部件；将液冷板集成在箱体，代替分散式液冷的热管理系统，提高整个热管理系统的效率。本发明通过高集成设计，电池系统的能量密度得到了提升，零件数量大量减少，系统变得更加可靠。加可靠。加可靠。


技术研发人员：章驰威 郭永兴 童成操
受保护的技术使用者：江苏耀宁新能源创新科技有限公司
技术研发日：2023.05.09
技术公布日：2023/7/18