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CN112072026A - 动力电池包 - Google Patents

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CN112072026A
CN112072026A CN202010922823.5A CN202010922823A CN112072026A CN 112072026 A CN112072026 A CN 112072026A CN 202010922823 A CN202010922823 A CN 202010922823A CN 112072026 A CN112072026 A CN 112072026A
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CN
China
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battery
tray
voltage
battery pack
assembly
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CN202010922823.5A
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林金源
游道亮
董冰
汤桃峰
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Jiangling Motors Corp Ltd
Original Assignee
Jiangling Motors Corp Ltd
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Publication date
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Abstract

本发明公开了一种动力电池包，包括箱盖总成、电池托盘总成、高压电气组件、电池芯体、高压母排、采样线束、绝缘防护组件、BMS组件、管路；绝缘防护组件位于箱盖总成和所述电池托盘总成之间，电池托盘总成包括外托盘和内托盘，内托盘上设有多个纵横交错的隔板，多个隔板围成多个用于容纳电池芯体的凹槽，高压电气组件安装在所述内托盘的侧边，高压母排、采样线束、BMS组件安装在绝缘防护组件与内托盘之间，绝缘防护组件与内托盘固定连接，高压母排用于将电芯单体的输出极柱连接以组成所需的串并联形式，采样线束分别与电池芯体和BMS组件电性连接。本发明能够解决现有技术电池包成本和重量增加、装配过程复杂、电池包内空间利用率低的问题。

Description

动力电池包
技术领域
本发明涉及汽车零部件技术领域，特别是涉及一种动力电池包。
背景技术
随着汽车工业的飞速发展和人们生活条件的不断改善，汽车已经成为人们出行不可或缺的交通工具之一。汽车保有量逐年增加，越来越多的人拥有了私家车。目前随着人们环保意识的不断提升，新能源汽车，尤其是电动汽车得到快速发展。
动力电池包是电动汽车重要组成部件，现有技术主要是通过将多个电芯装配成电池模组，多个电池模组再装配至电池包壳体来组成动力电池包，动力电池包内存在许多冗余的机械构件和间隙，导致电池包成本和重量增加、装配过程复杂、电池包内空间利用率低的问题。
发明内容
本发明的目的在于提出一种动力电池包，以解决现有技术电池包成本和重量增加、装配过程复杂、电池包内空间利用率低的问题。
一种动力电池包，包括箱盖总成、电池托盘总成、高压电气组件、电池芯体、高压母排、采样线束、绝缘防护组件、BMS组件、管路；
所述绝缘防护组件位于所述箱盖总成和所述电池托盘总成之间，所述电池托盘总成包括外托盘和内托盘，所述内托盘固定在所述外托盘中，所述内托盘上设有多个纵横交错的隔板，多个所述隔板围成多个用于容纳所述电池芯体的凹槽，每个所述电池芯体被封闭在独立密封的腔体内；
所述高压电气组件安装在所述内托盘的侧边，所述高压母排、所述采样线束、所述BMS组件安装在所述绝缘防护组件与所述内托盘之间，所述绝缘防护组件与所述内托盘固定连接，所述高压母排用于将所述电芯单体的输出极柱连接以组成所需的串并联形式，所述电池芯体通过所述高压母排的正极端子和负极端子对外实现充放电，所述采样线束分别与所述电池芯体和所述BMS组件电性连接，所述管路用于连接所述内托盘上的冷却液接口和所述外托盘上的冷却液接口。
根据本发明提出的动力电池包，具有以下有益效果：
(1)轻量化，将电池芯体直接成组为动力电池包，内托盘的凹槽壁面成为电池芯体的外壳，将模组间传统的导电排简化为高压母排，同时内托盘上纵横交错的隔板替代箱体内的加强梁，以上显著降低动力电池包的重量；
(2)降低成本，将高压母排、采样线束、BMS组件、绝缘防护组件都集成在内托盘上，提高了系统的集成度，大幅减少零件数量，减少工艺环节，简化装配过程，有利于降低电池包成本；
(3)空间利用率高，由于将电池芯体直接成组为动力电池包，压缩了现有技术的模组布置间隙、箱体内加强梁空间、热管理组件布置空间、模组采样线束布置空间等，更多的空间能够用于布置电池芯体，从而在相同的包络空间内布置更多电池。
另外，根据本发明提供的动力电池包，还可以具有如下附加的技术特征：
进一步地，所述箱盖总成包括电池箱盖、箱盖连接件、透气泄压阀和阀体连接件，所述电池箱盖的法兰边上设有多个用于与所述外托盘连接的安装孔，所述箱盖连接件将所述电池箱盖安装到所述外托盘上，所述透气泄压阀通过所述阀体连接件安装到所述电池箱盖上。
进一步地，所述电池连接件采用热熔自攻螺钉。
进一步地，所述绝缘防护组件包括绝缘防火板和多个隔离条，所述隔离条采用弹性体材料，所述绝缘防护组件通过连接件安装在所述内托盘上，安装状态下，所述隔离条处于被压缩状态。
进一步地，所述绝缘防火板包括云母板和环氧树脂板，所述云母板和所述环氧树脂板通过胶粘合成一体，其中，所述云母板位于下层。
进一步地，所述电池芯体包括卷绕体、顶盖、正极极柱、负极极柱、防爆阀和注液口，所述顶盖和所述凹槽的上边沿通过粘接或焊接工艺连接并实现密封，通过所述注液口注入电解液，所述高压母排与所述正极极柱和所述负极极柱通过激光焊接形成所需的串并联形式，以组合成电池组。
进一步地，所述内托盘的两侧分别设有冷却液入口和冷却液出口，所述内托盘的内部设有多个集流水道和多个热交换水道，冷却液从所述冷却液入口进入进水侧的所述集流水道，进一步分流至所述热交换水道，再汇集到出水侧的所述集流水道，并通过所述冷却液出口排出，在所述热交换水道内循环流动的冷却液通过所述凹槽的壁面与所述电池芯体的电解液和所述卷绕体进行热交换。
进一步地，所述高压电气组件包括负极电连接件、正极电连接件、电池配电单元和高压连接器，所述高压连接器的正负极端子分别与电池配电单元的对应端子连接，所述BMS组件用于控制所述电池配电单元内执行元件的通断动作，以控制所述高压连接器的端子与所述负极电连接件、以及所述高压连接器的端子与所述正极电连接件的导通状态。
进一步地，所述采样线束上设有多个采样端子，所述采样端子通过激光焊接工艺连接至所述高压母排，所述采样线束的连接器和所述BMS组件的连接线束对接。
进一步地，所述采样线束采用柔性印刷电路板，所述采样端子采用镍片。
本发明的附加方面和优点将在下面的描述中部分给出，部分将从下面的描述中变得明显，或通过本发明的实践了解到。
附图说明
本发明的上述和/或附加的方面和优点从结合下面附图对实施例的描述中将变得明显和容易理解，其中：
图1为本发明一实施例的动力电池包的组合结构示意图；
图2为本发明一实施例的动力电池包的爆炸结构示意图；
图3为箱盖总成的爆炸结构示意图；
图4为绝缘防护组件的结构示意图；
图5为内托盘、电池芯体、高压母排、采样线束的结构示意图(未组装)；
图6为内托盘、电池芯体、高压母排、采样线束的结构示意图(组装后)；
图7为图6中区域A的放大图；
图8为卷绕体和内托盘的结构示意图(组装后)；
图9为卷绕体和内托盘的结构示意图(未组装)；
图10为内托盘中冷却液的流动示意图；
图11为图10中C-C处的剖视图；
图12为电池芯体发生热失控情况下的排气路径示意图；
图13为外托盘的结构示意图。
具体实施方式
为使本发明的目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图对本发明的具体实施方式做详细的说明。附图中给出了本发明的若干实施例。但是，本发明可以以许多不同的形式来实现，并不限于本文所描述的实施例。相反地，提供这些实施例的目的是使对本发明的公开内容更加透彻全面。
需要说明的是，当元件被称为“固设于”另一个元件，它可以直接在另一个元件上或者也可以存在居中的元件。当一个元件被认为是“连接”另一个元件，它可以是直接连接到另一个元件或者可能同时存在居中元件。本文所使用的术语“垂直的”、“水平的”、“左”、“右”、“上”、“下”以及类似的表述只是为了说明的目的，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。
在本发明中，除非另有明确的规定和限定，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，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，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。本文所使用的术语“及/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。
请参阅图1至图13，本发明的一实施例提出的动力电池包，包括箱盖总成1、电池托盘总成2、高压电气组件3、电池芯体4、高压母排5、采样线束6、绝缘防护组件7、BMS组件8、和管路9。
所述箱盖总成1起密封、透气和泄压功能。所述绝缘防护组件7位于所述箱盖总成1和所述电池托盘总成2之间。
所述电池托盘总成2包括外托盘21和内托盘22，所述内托盘22固定在所述外托盘21中，外托盘21上设有与整车连接的机械接口211和冷却液入口接头212、冷却液出口接头213。
内托盘22用于容纳电池芯体4和电解液，内托盘22上设有多个纵横交错的隔板，多个所述隔板围成多个用于容纳所述电池芯体4的凹槽221，每个所述电池芯体4被封闭在独立密封的腔体内。
所述高压电气组件3安装在所述内托盘22的侧边，所述高压母排3、所述采样线束6、所述BMS组件8安装在所述绝缘防护组件7与所述内托盘22之间。其中，所述绝缘防护组件7与所述内托盘22固定连接。
所述高压电气组件3包括负极电连接件31、正极电连接件34、电池配电单元32和高压连接器33，高压连接器33的正负极端子分别与电池配电单元32的对应端子连接，BMS组件8可以控制电池配电单元32内的执行元件完成通断动作、从而控制高压连接器33的端子与负极电连接件31、正极电连接件34是否导通；所述高压母排5将电芯单体4的输出极柱连接以组成所需的串并联形式，高压母排5在实施例中由铝合金6101-T63材料制作。
所述采样线束6与所述电池芯体4和所述BMS组件8电性连接，通过BMS组件8采集电池芯体4的电压、温度等信号，以实现电池芯体4的均衡功能；所述绝缘防护组件7主要起绝缘和热事件防护作用；所述BMS组件8包括控制器和所需连接线束；所述管路9用于连接内托盘上22的冷却液接口和外托盘21上的冷却液接口，管路9具体包括进水管92和出水管91。
请着重参阅图3，箱盖总成1包括电池箱盖11、箱盖连接件12、透气泄压阀13和阀体连接件14；本实施例中电池箱盖11为铝合金冲压制作，电池箱盖11的法兰边上有多个安装孔用于和外托盘21连接；多个箱盖连接件12将电池箱盖11安装至外托盘21上，电池连接件12可以是螺栓、铆钉、自攻螺钉等，实施例中电池连接件12为热熔自攻螺钉，其好处是外托盘21的法兰面上不需要预开孔或安装螺母、从而简化了外托盘21的制作工艺并降低成本；透气泄压阀13安装状态满足IPX7和IPX9K防护等级，透气泄压阀13内部的透气膜可以同时满足电池包的防水和呼吸要求，透气泄压阀13在电池包内部达到设计压强时会开启泄压通道以迅速降低电池包内部压强；透气泄压阀13通过多个阀体连接件14安装在电池箱盖11上。
请着重参阅图4，绝缘防护组件7包括绝缘防火板71和多个隔离条72；绝缘防火板71具备良好的电绝缘性、耐热性和高强度，优选材料为云母、云母和玻璃纤维复合材料、云母和环氧树脂复合材料等，在实施例中绝缘防火板71包括云母板和环氧树脂板，两层版材通过胶粘合成一体，其中云母板位于下层；隔离条72为弹性体材料，具备阻燃和耐热特性，实施例中，隔离条72为发泡硅胶，通过阻燃双面胶粘在云母板上；绝缘防护组件7通过连接件安装在内托盘22上，安装状态下，隔离条72处于被压缩状态。
请着重参阅图5，内托盘22两侧分别设有冷却液入口222和冷却液出口223，实施例中，内托盘22的主体材料为玻璃纤维增强的PPS材料，具有如下典型性能：密度约1.82g/cm3、抗拉强度为240MPa、弯曲强度330MPa、V0阻燃等级、热变形温度266℃、导热系数2W/m.K、介电强度＞18kV/mm；每个电池芯体4安装至内托盘22的凹槽221内，电池芯体4的顶盖和凹槽221的上边沿通过粘接或焊接工艺连接并实现密封，每个电池芯体4被分隔在独立封闭的壳体内。
多个高压母排5和多个电池芯体4的输出极柱连接形成合适的串并联组合，高压母排5可以通过激光焊接工艺和电池芯体4的输出极柱实现机械固定和电导通。
采样线束6上设有多个采样端子62，采样端子62通过激光焊接工艺连接至高压母排5上，使采样端子62和高压母排5之间实现良好的导电和导热性能，实施例中采样线束6为柔性印刷电路板(FPC)，采样线束6的采样端子62为镍片；采样线束6的连接器61和BMS组件8的连接线束对接，从而使BMS组件8实现探测电池芯体4的电压和温度。
请着重参阅图6至图8，内托盘22设有多个用于安装绝缘防护组件7的连接件224，连接件224为金属螺母内嵌在内托盘22上；每个电池芯体4设有正极极柱44和负极极柱43，多个高压母排5与多个电池芯体4的正极极柱44、负极极柱43激光焊接形成合适串并联组合的电池组；电池芯体4通过高压母排5的正极端子51和负极端子52对外实现充放电，其中正极端子51和正极电连接件34连接、负极端子52和负极电连接件31连接；采样线束6设有多个采样端子62和温度传感器63，所述温度传感器63为贴片式热电偶传感器，温度传感器63通过测量采样端子62的温度探测电池芯体4的温度；采样线束6上设有多个安装孔64用于固定采样线束6；电池芯体4通过注液口41注入电解液，高压母排5和采样线束6均不遮挡电池芯体4的防爆阀42。
请着重参阅图9，内托盘22在高压母排5的正极端子51和负极端子52下方区域设有连接件225，实施例中连接件225为金属螺母内嵌在内托盘22上，以便通过螺栓将正极端子51和正极电连接件34连接、将负极端子52和负极电连接件31连接；内托盘22上设有多个定位柱226，安装采样线束6时安装孔64和定位柱226配合从而限定采样线束6的位置，将定位柱226热熔下压形成蘑菇头形状的头部限定采样线束6不会从定位柱226滑出。
电池芯体4包括卷绕体46、顶盖45、正极极柱44、负极极柱43、防爆阀42和注液口41，每个电池芯体4安装至内托盘22的凹槽221内，电池芯体4的顶盖45和凹槽221的上边沿通过粘接或焊接工艺连接并实现密封，然后通过注液口41注入电解液并封闭注液口41，每个电池芯体4被分隔在独立封闭的壳体内，每个电池芯体4均具备充放电功能；由于内托盘22的材料具有良好的电绝缘性，可以确保每个电池芯体4之间的电绝缘。
请着重参阅图10、图11和图13，内托盘22内部有多个集流水道227和多个热交换水道228，冷却液从冷却液入口222进入入水侧的集流水道227，进一步分流至热交换水道228，再汇集到出水侧的集流水道227通过冷却液出口223排出；在热交换水道228内循环流动的冷却液通过凹槽221的壁面与电池芯体4的电解液和卷绕体46进行热交换，从而控制电池芯体4处于合适的工作温度；实施例中因内托盘22的成型工艺要求，热交换水道228下方是非封闭状态；内托盘22和外托盘21通过胶215粘接固定，粘接后外托盘21将热交换水道228的下方开口封闭；外托盘21法兰面上涂有硅胶214，箱盖总成1安装至外托盘21上时硅胶214填充了箱盖总成1和外托盘21之间的间隙并形成粘接面从而保证电池包的密封性。
请着重参阅图12，图12示出了电池芯体4发生热失控情况下的排气路径，多个隔离条72将电池芯体上方的空间分隔成多个排气通道，当从电池芯体4的防爆阀喷出气、液、固三相混合物时，上方的绝缘防火板71阻挡三相混合物往上喷出，三相混合物将沿着隔离条72之间的排气通道流向前端的箱盖总成1上的透气泄压阀13，箱体内达到设定压强时透气泄压阀13会开启泄压通道迅速将三相混合物排出箱体外。
综上，相比现有技术，该动力电池包具有以下优点：
(1)轻量化，将电池芯体直接成组为动力电池包，内托盘的凹槽壁面成为电池芯体的外壳，将模组间传统的导电排简化为高压母排，同时内托盘上纵横交错的隔板替代箱体内的加强梁，以上显著降低动力电池包的重量；
(2)降低成本，将高压母排、采样线束、BMS组件、绝缘防护组件都集成在内托盘上，提高了系统的集成度，大幅减少零件数量，减少工艺环节，简化装配过程，有利于降低电池包成本；
(3)空间利用率高，由于将电池芯体直接成组为动力电池包，压缩了现有技术的模组布置间隙、箱体内加强梁空间、热管理组件布置空间、模组采样线束布置空间等，更多的空间能够用于布置电池芯体，从而在相同的包络空间内布置更多电池。
(4)装配工艺优化，该动力电池包删减了安装热管理组件、模组、模组间导电排、模组采样线束和固定支架等工艺环节，高压电气组件和绝缘防护组件实现了良好的装配工艺，易实现装配自动化；
(5)可靠性提高：该动力电池包减少了零件数量和人工装配环节，降低了电池包零件松动或安装不牢固的可能性，提高了电池包的稳定性。
在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不一定指的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任何的一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。
以上所述实施例仅表达了本发明的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对本发明专利范围的限制。应当指出的是，对于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，这些都属于本发明的保护范围。因此，本发明专利的保护范围应以所附权利要求为准。

Claims (10)

1.一种动力电池包，其特征在于，包括箱盖总成、电池托盘总成、高压电气组件、电池芯体、高压母排、采样线束、绝缘防护组件、BMS组件、管路；
所述绝缘防护组件位于所述箱盖总成和所述电池托盘总成之间，所述电池托盘总成包括外托盘和内托盘，所述内托盘固定在所述外托盘中，所述内托盘上设有多个纵横交错的隔板，多个所述隔板围成多个用于容纳所述电池芯体的凹槽，每个所述电池芯体被封闭在独立密封的腔体内；
所述高压电气组件安装在所述内托盘的侧边，所述高压母排、所述采样线束、所述BMS组件安装在所述绝缘防护组件与所述内托盘之间，所述绝缘防护组件与所述内托盘固定连接，所述高压母排用于将所述电芯单体的输出极柱连接以组成所需的串并联形式，所述电池芯体通过所述高压母排的正极端子和负极端子对外实现充放电，所述采样线束分别与所述电池芯体和所述BMS组件电性连接，所述管路用于连接所述内托盘上的冷却液接口和所述外托盘上的冷却液接口。
2.根据权利要求1所述的动力电池包，其特征在于，所述箱盖总成包括电池箱盖、箱盖连接件、透气泄压阀和阀体连接件，所述电池箱盖的法兰边上设有多个用于与所述外托盘连接的安装孔，所述箱盖连接件将所述电池箱盖安装到所述外托盘上，所述透气泄压阀通过所述阀体连接件安装到所述电池箱盖上。
3.根据权利要求2所述的动力电池包，其特征在于，所述电池连接件采用热熔自攻螺钉。
4.根据权利要求1所述的动力电池包，其特征在于，所述绝缘防护组件包括绝缘防火板和多个隔离条，所述隔离条采用弹性体材料，所述绝缘防护组件通过连接件安装在所述内托盘上，安装状态下，所述隔离条处于被压缩状态。
5.根据权利要求4所述的动力电池包，其特征在于，所述绝缘防火板包括云母板和环氧树脂板，所述云母板和所述环氧树脂板通过胶粘合成一体，其中，所述云母板位于下层。
6.根据权利要求2所述的动力电池包，其特征在于，所述电池芯体包括卷绕体、顶盖、正极极柱、负极极柱、防爆阀和注液口，所述顶盖和所述凹槽的上边沿通过粘接或焊接工艺连接并实现密封，通过所述注液口注入电解液，所述高压母排与所述正极极柱和所述负极极柱通过激光焊接形成所需的串并联形式，以组合成电池组。
7.根据权利要求6所述的动力电池包，其特征在于，所述内托盘的两侧分别设有冷却液入口和冷却液出口，所述内托盘的内部设有多个集流水道和多个热交换水道，冷却液从所述冷却液入口进入进水侧的所述集流水道，进一步分流至所述热交换水道，再汇集到出水侧的所述集流水道，并通过所述冷却液出口排出，在所述热交换水道内循环流动的冷却液通过所述凹槽的壁面与所述电池芯体的电解液和所述卷绕体进行热交换。
8.根据权利要求1所述的动力电池包，其特征在于，所述高压电气组件包括负极电连接件、正极电连接件、电池配电单元和高压连接器，所述高压连接器的正负极端子分别与电池配电单元的对应端子连接，所述BMS组件用于控制所述电池配电单元内执行元件的通断动作，以控制所述高压连接器的端子与所述负极电连接件、以及所述高压连接器的端子与所述正极电连接件的导通状态。
9.根据权利要求1所述的动力电池包，其特征在于，所述采样线束上设有多个采样端子，所述采样端子通过激光焊接工艺连接至所述高压母排，所述采样线束的连接器和所述BMS组件的连接线束对接。
10.根据权利要求9所述的动力电池包，其特征在于，所述采样线束采用柔性印刷电路板，所述采样端子采用镍片。
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