具有锁紧机构的电池模组、阵列型大模组、电池包、电源的制作方法

1.本发明涉及电池模组热管理技术领域，尤其涉及具有锁紧机构的电池模组，阵列型大模组、电池包、电源。


背景技术：

2.通过电池并联形成高电容量的电池模组，通过电池模组串联形成高电压的电池模块，是电动车储能单元封装的通常办法。车规级圆柱型电池的正极极柱并联通常采用超声波铝丝焊和点焊的热焊工艺。由于1、电池正极与负极壳体间是通过弹性绝缘材料压接实现结构一体化的，故超声波铝丝焊的振动特性往往造成正极热焊不可靠；2、正极点焊由于瞬间功率大，只能逐点点焊，模组的封装效率较低；3、点焊和超声波焊均属于金属熔接的热焊工艺，高热对电池内部质量产生伤害的隐患，且该隐患无法在线检出，是日后整车燃爆的主要起因之一；4、热焊在电池表面造成永久物理变化，模组拆解成单体的过程困难且对拆解后的单体质量影响较大，不利于单体的梯次利用；5、铝丝焊外加的铝丝属过流熔断器，设计了一定的电阻值，电池正常工作状态亦会产生一定的发热，不利于模组的整体热管理。这些都是是该细分行业的共性难题，急需改善。


技术实现要素：

3.本发明的目的是通过提供一种采用低成本的通用标准条型汇流排，用该汇流排的形变来锁紧电池模组中的相邻电池以及产生压紧汇流排与电池极柱的下压力，使得1、可在该汇流排和顶部极柱之间采用无热胶粘冷焊接；2、所述下压力可降低冷焊焊点的接触电阻，达到热焊的效果；3、可避免热焊对电池的热伤害，优于热焊品质；4、可在汇流排与顶部极柱之间加装大功率低温温度熔断器，优于电熔断器的效果；5、解决了顶部极柱电连接的不可靠问题；6、顶部极柱并联可自动化同时操作，大幅提高生产效率；7、冷焊模组的结构可靠性不低于热焊模组。
4.本发明为解决其技术问题所采用的技术方案是：
5.具有顶部锁紧机构的电池模组，其包括若干个同向排成一排的圆柱型电池、设于相邻电池顶部之间的锁紧机构。所述锁紧机构为设置在相邻电池顶部之间的条状顶部极柱汇流排。该顶部极柱汇流排通过向下折返形成胀口结构。所述电池顶部极柱之间通过顶部极柱汇流排及导体实现并联。所述导体为第三导电体或顶部极柱汇流排的本体延伸部分。所述胀口结构卡在相邻电池壳体的颈部凹口之间并通过胀开后填充固化物或可固化结构胶来收紧上方两侧的顶部极柱汇流排以保持收紧力防止回缩。
6.进一步地，所述胀口结构为水滴状、圆形、椭圆形、方形或三角形的弯折结构；所述电池的壳体的位于顶部的非顶部极柱区域的肩部壳体、壳体侧面及颈部凹口区域之间均设有绝缘层。
7.进一步地，所述锁紧机构两端的对外延伸部分为外接导线，所述外接导线为模组顶部极柱的对外极柱，所述对外极柱为锁紧机构本体的外延部分，或导体通过与锁紧机构
两端可靠电连接后的外延部分。
8.进一步地，所述第三导电体的底部外侧涂有常温固化结构胶，或该第三导电体的内侧涂有导电胶，所述第三导电体为底部外侧涂有常温固化结构胶且内侧涂有导电胶的金属导体、非金属导体，导电复合体中的一种，通过常温固化结构胶或导电胶的常温固化锁附了顶部极柱汇流排与顶部极柱间的电连接状态，所述第三导电体通过焊接、铆接、压接或导电胶粘结的方式实现电连接，从而与顶部极柱汇流排实现可靠电性连接及结构连接；所述第三导电体的上表面高于电池的肩平面，所述顶部极柱汇流排在顶部极柱上方形成向下弯曲的弧状，两端的胀口结构被胀开后，使得顶部极柱汇流排压紧了第三导电体和顶部极柱以及相邻电池肩顶部，相邻电池的肩顶挤紧处被常温固化结构胶锁紧后，顶部极柱汇流排保持压紧力。
9.进一步地，所述第三导电体为低熔点金属导体或合金导体；所述低熔点金属导体或合金导体的熔点范围为35
‑
70℃；所述第三导电体预先设置在顶部极柱汇流排的表面上。
10.进一步地，所述低熔点金属导体或合金导体与汇流排通过冷焊连接、压接、铆接或表面镀层塑形的电连接方式进行电性和结构连接，低熔点金属导体或合金导体与电池顶部极柱之间通过常温固化导电胶或常温固化结构胶形成连接；所述低熔点金属导体或合金导体为柱状结构，所述柱状结构的高度大于电池肩部上端与顶部极柱平面之间的高度差；所述柱状结构的截面积大于或等于该电池过流上限所需的电通量面积；所述电池壳体面向顶部极柱区域的壳体部分均涂覆了不可渗透的绝缘层。
11.进一步地，所述第三导电体为独立的弯折导电片，所述弯折导电片为l型、u型、或s型弯折导电片，或者是底部水平上端弧形的类弓形弯折导电片，所述独立的弯折导电片的上端通过焊接、铆接、压接的直接电连接方式或导电胶粘结的间接电连接方式与顶部极柱汇流排连接，所述弯折导电片的下端通过变形弹性压紧在所述电池顶部极柱上，并通过常温固化的导电胶粘结或常温固化结构胶的外围粘结的方式与电池顶部极柱形成电连接。
12.进一步地，所述顶部极柱汇流排的本体延伸部分为顶部极柱汇流排正对顶部极柱中心位置上有向下的冲口凸点，所述冲口凸点具有一定弹性，所述顶部极柱汇流排两端被锁紧后，冲口凸点形成对顶部极柱的下压力，冲口凸点与顶部极柱表面保持贴合并通过常温固化导电胶的固化，锁定该冲口凸点与顶部极柱之间电连接以提高振动可靠性。
13.进一步地，所述电池顶部极柱的上表面高度低于或等于电池肩部的高度，所述顶部极柱汇流排下弯穿过极帽的通孔以形成向上弯曲的弧状，并与电池顶部极柱的接触点通过固化导电胶电连接，所述顶部极柱汇流排与电池顶部极柱两侧的肩部通过胶黏固定以保持拉紧力。
14.进一步地，所述并联阵列型大模组包括若干个电池模组，相邻的电池模组之间为同向顺序叠加的矩阵排列、菱形排列或交错互补排列，相邻的电池模组的顶部极柱汇流排之间相互电性连接，相邻的电池模组的壳体极柱汇流排之间亦可由同一根汇流排顺序连接所有电池的壳体极柱，形成壳体极柱的并联。
15.一种电池包，其包括如上所述的并联阵列型大模组。
16.一种电源，其包括如上所述的电池包。
17.本发明的优点在于：用非热焊性可靠电连接，实现了圆柱形电池模组的正极并联，不仅打破了热焊电连接方式的生产节拍瓶颈，生产节拍可提升一个数量级，还为在正极安
置低温热熔断隔离装置奠定了工艺基础；保持了汇流排的热焊工艺的结构稳定性和焊斑抗震性等优势，又可彻底消除热焊工艺的虚焊、假焊等品质隐患问题；本工艺方法有助于实现无支架模组封装，可直接降低封装成本；在实现电池模组中所有并联电池正极焊斑高电通量、高一致性的同时，还用胀孔方式锁紧了模组中所有电池间的结构，模组结构简单可靠，容易自动化实现；一条标准条形顶部极柱汇流排即可实现成排电池的结构固定、正极极柱并联，延伸可实现与电池模块中所有同向电池的正极并联，有利于取代高成本的定制汇流排，进一步降低封装成本。
18.定义与一般术语
19.单排模组：若干个电池排列成排并并联的电池排列结构。
20.大模组：若干个单排模组水平同向叠加成矩阵排列、菱形排列或交错互补排列的并联结构。若干个该单排模组的水平同向叠加的方向垂直于所述电池的轴向。
附图说明
21.图1是本发明实施例1所提供的具有顶部锁紧机构的电池模组的示意图。
22.图2是本发明实施例1所提供的具有顶部锁紧机构的电池模组的主视图。
23.图3为图2的具有顶部锁紧机构的电池模组在a处的局部放大结构示意图。
24.图4是本发明实施例1的具有顶部锁紧机构的电池模组存在第三导电体时顶部极柱汇流排与电池之间受力分析图。
25.图5是本发明实施例2所提供的具有顶部锁紧机构的电池模组在相应的a处的局部放大结构示意图。
26.图6是本发明实施例3所提供的具有顶部锁紧机构的电池模组在相应的a处的局部放大结构示意图。。
27.图7是本发明实施例4所提供的具有顶部锁紧机构的电池模组在相应的a处的局部放大结构示意图。。
28.图8是本发明实施例5所提供的具有顶部锁紧机构的电池模组的示意图。
具体实施方式
29.为了使本发明实现的技术手段、创作特征、达成目的与功效易于明白了解，下面结合图示与具体实施例，进一步阐述本发明。
30.实施例1
31.如图1至图4所示，以4节电池1的电池模组为例。具有顶部锁紧机构的电池模组包括若干个同向排成一排的电池1。所述电池模组的同向排列的电池1的电池顶部极柱b之间连接有锁紧机构2。所述锁紧机构2为顶部极柱汇流排。所述顶部极柱汇流排与所述电池1的电池顶部极柱b正中心位置之间通过导体实现电性连接。所述导体可以为第三导电体或顶部极柱汇流排的本体延伸部分。所述电池顶部极柱b的上表面高于或等于电池的肩平面。所述顶部极柱汇流排在电池顶部极柱b的上方形成向下弯曲的弧状以压紧所述导体和电池顶部极柱b，并可以通过常温固化导电胶与所述电池顶部极柱b进行电连接，然后与电池顶部两侧的肩平面进行胶黏固定保持压紧力。所述顶部极柱汇流排可以通过折弯形成具有水滴状、圆形、椭圆形、方形或三角形的弯折结构8。所述弯折结构8位于相邻电池的颈部之间并
卡在相邻电池1颈部的凹口处。所述电池顶部极柱b通过顶部极柱汇流排并联。所述锁紧机构2两端的对外延伸部分为外接导线。所述外接导线为所述电池顶部极柱b的对外极柱。所述对外极柱为锁紧机构本体的外延部分3，或导体通过与锁紧机构两端可靠电连接后的外延部分3。所述电池1的壳体极柱a位于顶部且为除电池顶部极柱b外的区域。同时所述电池的壳体的位于顶部的非顶部极柱区域的肩部壳体、壳体侧面及颈部凹口区域之间均设有绝缘层。
32.将实施例1中的电池模组进行拉力测试(用于测试电池之间断裂的拉力)与电阻测试，具体结果如下表所示：
33.表1电池模组的最大承受拉力以及电阻值
34.次数分离拉力(n)电阻(ohm)11332.021372.131362.041391.951352.1
35.综上所述，本发明提供的电池模组可以承受100n以上的拉力不会破坏，其电阻为2ohm左右，完全符合电池行业所要求的条件。
36.实施例2
37.基于实施例1，如图3所示，所述电池顶部极柱b正中心上端与所述顶部极柱汇流排之间设置有低熔点金属导体5或合金导体。所述低熔点金属导体5即为第三导电体。所述第三导电体的底部外侧涂有常温固化结构胶，或该第三导电体的内侧涂有导电胶。所述第三导电体可以为底部外侧涂有常温固化结构胶且内侧涂有导电胶的金属导体、非金属导体，导电复合体中的一种。通过常温固化结构胶或导电胶的常温固化锁附了顶部极柱汇流排与顶部极柱间的电连接状态。所述第三导电体通过焊接、铆接、压接或导电胶粘结的方式实现电连接，从而与顶部极柱汇流排实现可靠电性连接及结构连接。所述第三导电体的上表面高于电池的肩平面。所述顶部极柱汇流排在顶部极柱上方形成向下弯曲的弧状，两端的胀口结构被胀开后，使得顶部极柱汇流排压紧了第三导电体和顶部极柱以及相邻电池肩顶部，相邻电池的肩顶挤紧处被常温固化结构胶锁紧后，顶部极柱汇流排保持压紧力。
38.所述低熔点金属导体5与所述顶部极柱汇流排为焊接、压接、或铆接的直接电连接方式或使用常温固化导电胶连接的间接电连接方式进行电连接，从而与顶部极柱汇流排实现可靠电性连接及结构连接。低熔点金属导体5与所述电池顶部极柱b通过常温固化导电胶电性连接。所述电池顶部极柱b与低熔点金属导体5的非接触面区域全部设置绝缘层。所述低熔点金属导体5或合金导体的熔点范围为35
‑
70℃。
39.所述低熔点金属导体5或合金导体可充当温度熔断器的作用以降低接触电阻的同时保证在正常使用温度下能通过较大电流。因此，当电池1的温度升高至其熔断范围时所述低熔点金属导体5自行熔断从而断开电池1的连接，从而使得电池模组的电连接性能和整体安全性能更可靠。
40.所述低熔点金属导体5或合金导体为柱状结构，所述柱状结构的高度大于电池肩部上端与顶部极柱平面之间的高度差。所述柱状结构的截面积大于或等于该电池过流上限
所需的电通量面积。所述电池壳体面向顶部极柱区域的壳体部分均涂覆了不可渗透的绝缘层
41.如图4所示，所述弯折结构8固定了所述顶部极柱汇流排的两端，使拉紧后的顶部极柱汇流排两端受到斜向下的拉力f1。f1向下的分解力使第三导电体受到来自顶部极柱汇流排向下的正压力f2，从而压紧顶部极柱，并减少接触电阻。所述顶部极柱汇流排同时受到来自第三导电体的反作用力f3，从而在f1与f3的共同作用下，使整体结构趋于稳定。
42.实施例2
43.基于实施例1，如图5所示，位于所述电池顶部极柱b的正中心上端的顶部极柱汇流排上具有一个向下的冲口凸点4。所述冲口凸点4具有一定弹性。所述冲口凸点4下压并抵顶在所述电池顶部极柱b上，从而使得所形成的形变抵顶在该顶部极柱汇流排与电池顶部极柱b之间保持贴合并通过常温固化导电胶电连接。
44.通过所述冲口凸点4，可以保证顶部极柱汇流排压紧在所述电池顶部极柱b上，加大了正压力，从而降低接触电阻，使整体电连接性能更可靠。
45.实施例3
46.基于实施例2，如图6所示，所述第三导电体为独立的弯折导电片。所述弯折导电片可以为l型、u型、或s型弯折导电片，或者是底部水平上端弧形的类弓形弯折导电片。所述独立的弯折导电片的上端通过焊接、铆接、压接的直接电连接方式或导电胶粘结的间接电连接方式与顶部极柱汇流排连接。所述弯折导电片的下端通过变形弹性压紧在所述电池顶部极柱上，并通过常温固化的导电胶粘结或常温固化结构胶的外围粘结的方式与电池顶部极柱形成电连接。在本实施例中，所述低熔点金属导体5替换为u型弯折导电片6。所述u型弯折导电片6的一侧与顶部极柱汇流排通过焊接固定。所述u型弯折导电片6的另一侧通过导电胶与所述电池顶部极柱b粘结。
47.所述u型弯折导电片6具有一定的弹性，当顶部极柱汇流排压紧所述u型弯折导电片6时，所述u型弯折导电片6发生形变，形变回弹的趋势使其向上或向下分别压紧顶部极柱汇流排和电池顶部极柱b，从而增加了所述顶部极柱汇流排与电池顶部极柱b之间的正压力，降低接触电阻，使整体电连接性能更可靠。
48.实施例4
49.基于实施例3，如图7所示，将所述u型弯折片6替换为底部水平而上端弧形的类弓形弯折导电片7。所述类弓形弯折导电片7的底侧有豁口，且其弧形面与所述顶部极柱汇流排焊接固定。所述类弓形弯折导电片7的水平面通过导电胶与所述电池顶部极柱b粘结。
50.所述类弓形弯折导电片7具有一定弹性，其与所述u型弯折导电片6相比，所述类弓形弯折导电片7在被所述电池顶部极柱b压紧时，其形变回弹的趋势更强，底部支撑性能更好，使顶部极柱汇流排、所述类弓形弯折导电片7、以及所述电池顶部极柱b三者之间的正压力更大，接触电阻更低，使整体电连接性能更可靠。
51.实施例5
52.基于实施例1，如图8所示，所述电池顶部极柱b的上表面的高度低于或等于电池1的肩部的高度。所述顶部极柱汇流排下弯穿过的电池1的极帽的通孔以形成向上弯曲的弧状，并与电池顶部极柱b接触点通过固化导电胶电连接。所述顶部极柱汇流排与所述电池1的电池顶部极柱b的两侧的肩部通过胶黏固定以保持拉紧力。
53.该实施例5可以进一步增加电池顶部极柱b与顶部极柱汇流之间整体结构的稳定性。
54.上述的多个电池模组可以组成一个并联阵列型大模组，若干个该电池模组中的相邻的电池模组之间为同向顺序叠加的矩阵排列、菱形排列或交错互补排列。相邻的电池模组的顶部极柱汇流排之间相互电性连接。相邻的电池模组的壳体极柱汇流排之间亦可由同一根汇流排顺序连接所有电池的壳体极柱，形成壳体极柱的并联。
55.实施例6
56.一种具备上述并联阵列型大模组的电池包。
57.实施例7
58.一种具备上述电池包的电源。
59.本以上显示和描述了本发明的基本原理、主要特征和本发明的优点。本行业的技术人员应该了解，本发明不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的只是说明本发明的原理，在不脱离本发明精神和范围的前提下本发明还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本发明范围内。本发明要求保护范围由所附的权利要求书及其等同物界定。