动力电池顶盖结构、动力电池及电池模组 |
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| 申请号 | CN201820129949.5 | 申请日 | 2018-01-25 | 公开(公告)号 | CN207690847U | 公开(公告)日 | 2018-08-03 |
| 申请人 | 宁德时代新能源科技股份有限公司; | 发明人 | 郭志君; 王鹏; | ||||
| 摘要 | 本 申请 涉及一种动 力 电池 顶盖结构、动力电池及电池模组。动力电池顶盖结构包括：第一 电极 组件和顶盖片，其中，第一极柱的顶部具备连接段，第一连接 块 包括主体以及复合部，主体的上表面具有凹陷部，复合部嵌入凹陷部内与主体复合，主体的材质具有第一基体金属，第一极柱的材质以及复合部的材质均具有第二基体金属，第一基体金属不同于第二基体金属，复合部上具有第一连接孔，主体具有第二连接孔，主体或复合部包括台阶部，连接段经由第一连接孔和/或第二连接孔露出，且与复合部 焊接 ，与台阶部 铆接 卡紧。该方案可以降低振动、冲击等原因使得转换界面脱开的 风 险，避免两种材质的转换界面发生 接触 电阻 波动 。 | ||||||
| 权利要求 | 1.一种动力电池顶盖结构，其特征在于，包括第一电极组件和顶盖片，所述第一电极组件包括第一极柱以及第一连接块，所述第一连接块位于所述顶盖片的上方，所述第一极柱的顶部具备连接段， |
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| 说明书全文 | 动力电池顶盖结构、动力电池及电池模组技术领域[0002] 本申请涉及储能器件领域，尤其涉及一种动力电池顶盖结构、动力电池及电池模组。 背景技术[0004] 动力电池成组时，汇流排(busbar)需要焊接在正极的连接块或者负极的连接块，由于汇流排多采用单一材质(例如铝或者铜)，同时铝的熔点比铜的熔点低、比热容高，无法容易地将铜材质和铝材质采用超声波焊、激光焊等方式焊接在一起，因此要求动力电池顶盖结构中正负极的连接块采用与汇流排相同的材质，也就是正负极的连接块都为铝材质或都为铜材质。如果正极极柱为铝质，负极极柱为铜质，那么就必须有一个铜铝转接的结构来实现电芯外部的两个连接块实现都为铝材质或都为铜材质。 [0005] 在相关技术中，通常的解决方式为通过摩擦焊或者铆接的方式将极柱加工成铜铝结构(即极柱的上端是铜，下端是铝；或者极柱的上端是铝，下端是铜)。然而，铜铝铆接由于结构配合及铆接控制等因素往往会导致在电池应用过程中由于振动/冲击等外部原因引起铜铝转换界面接触电阻波动，使得电芯不能稳定的输出电流，同时也会因为接触电阻的增大造成铜铝转换界面处发热量增加。实用新型内容 [0006] 本申请提供了一种动力电池顶盖结构，能够解决上述问题。 [0008] 所述第一电极组件包括第一极柱以及第一连接块，所述第一连接块位于所述顶盖片的上方，所述第一极柱的顶部具备连接段， [0009] 所述第一连接块包括主体以及复合部，所述主体的上表面具有凹陷部，所述复合部嵌入所述凹陷部内并与所述主体复合，所述主体的材质具有第一基体金属，所述第一极柱的材质以及所述复合部的材质均具有第二基体金属，所述第一基体金属不同于所述第二基体金属， [0010] 所述复合部上具有第一连接孔，所述主体具有第二连接孔，所述第二连接孔具有台阶部，所述连接段穿过所述顶盖片和所述第一连接块，并经由所述第一连接孔和所述第二连接孔露出，且所述连接段与所述复合部焊接并与所述台阶部铆接卡紧。 [0011] 可选地，所述第一极柱具有纵向延伸部分，所述纵向延伸部分位于所述连接段的下方并与所述连接段连接，且所述纵向延伸部分的直径大于所述连接段的直径，[0012] 所述台阶部的底面与所述主体的底面共面且共同搭接于所述纵向延伸部分的顶面。 [0013] 可选的，所述第一极柱还具有横向延伸部分，所述横向延伸部分从所述纵向延伸部分的底端沿径向方向延伸且位于所述顶盖片的下方， [0014] 所述第一电极组件还包括第一密封件，所述第一密封件的至少部分位于所述横向延伸部分和所述顶盖片之间。 [0015] 可选地，所述第二连接孔的顶端与所述第一连接孔的直径相等，所述连接段的周缘与所述第一连接孔的内壁焊接。 [0016] 可选地，所述复合部的上表面低于所述主体的上表面。 [0017] 可选地，所述连接段的顶面与所述复合部的上表面齐平。 [0019] 或者 [0020] 所述主体的材质为铜或铜合金，所述第一极柱材质为铝或铝合金，所述复合部的材质为铝或铝合金。 [0022] 本申请实施例的第二方面提供了一种动力电池，包括所述的动力电池顶盖结构。 [0023] 本申请实施例的第三方面提供了一种电池模组，包括汇流排以及所述的动力电池，所述汇流排与所述主体焊接，且所述汇流排与所述主体均具有所述第一基体金属。 [0024] 本申请实施例提供的技术方案可以达到以下有益效果： [0025] 本申请提供了一种动力电池顶盖结构，为了解决铜铝转接中存在的问题，本申请提出，将主体以及与主体复合的复合部分别设置成基体金属不同的材质，并且将第一极柱和复合部设置成基体金属相同的材质，这样设置后，第一极柱的顶部的连接段就可以与自身基体金属相同的复合部焊接；此外，连接段还进一步与台阶部铆接卡紧，由此可以降低振动、冲击等原因使得转换界面脱开的风险，进而避免两种材质的转换界面发生接触电阻波动。 [0027] 图1为本申请实施例所提供的动力电池顶盖结构的整体结构示意图； [0028] 图2为本申请实施例所提供的动力电池顶盖结构的爆炸示意图； [0029] 图3为本申请实施例所提供的动力电池顶盖结构的侧剖示意图； [0030] 图4为本申请实施例的动力电池顶盖结构中主体与复合部采用第一种复合方式时图3中A部分的局部放大示意图； [0031] 图5为本申请实施例的动力电池顶盖结构中主体与复合部采用第二种复合方式时图3中A部分的局部放大示意图。 [0032] 附图标记： [0033] 10-第一电极组件； [0034] 100-第一极柱； [0035] 1000-连接段； [0036] 1002-基体段； [0037] 10020-纵向延伸部分； [0038] 10022-横向延伸部分； [0039] 10024-阶梯面； [0040] 102-第一密封件； [0041] 104-第一连接块； [0042] 1040-主体； [0043] 1040a-第二连接孔； [0044] 1040b-台阶部； [0045] 1040c-凹陷部； [0046] 1042-复合部； [0047] 1042a-第一连接孔； [0048] 106-第一上绝缘件； [0049] 108-第一下绝缘件； [0050] 12-第二电极组件； [0051] 120-第二极柱； [0052] 122-第二密封件； [0053] 124-第二连接块； [0054] 126-第二上绝缘件； [0055] 128-第二下绝缘件； [0056] 14-顶盖片。 具体实施方式[0058] 下面通过具体的实施例并结合附图对本申请做进一步的详细描述。文中所述“前”、“后”、“左”、“右”、“上”、“下”均以附图中的动力电池顶盖结构为参照。 [0059] 本申请实施例提供了一种动力电池顶盖结构，该动力电池顶盖结构安装在动力电池的顶部，动力电池包括壳体和裸电芯，壳体上部具有开口，裸电芯包括正极片、负极片以及位于正极片和负极片之间的隔膜，裸电芯容纳于壳体内，动力电池顶盖结构密封壳体上部的开口。动力电池的电能向外输送，通常情况下，动力电池需要成组使用，即若干动力电池通过汇流排以串联或并联方式电连接，组成电池模组。 [0060] 如图1所示，本申请实施例提供的动力电池顶盖结构包括第一电极组件10、第二电极组件12以及顶盖片14。第一电极组件10以及第二电极组件12分别用于电连接动力电池的正负极中的一极，即第一电极组件10可以用于电连接动力电池的正极也可以是负极，下面以第一电极组件10电连接正极，第二电极组件12电连接负极的方式进行举例说明。 [0061] 如图2和图3所示，第一电极组件10具有第一极柱100、第一密封件102、第一连接块104、第一上绝缘件106以及第一下绝缘件108等结构。第二电极组件12具有第二极柱120、第二密封件122、第二连接块124、第二上绝缘件126以及第二下绝缘件128等结构。 [0062] 其中，第一极柱100经由第一连接块104与外部用电设备连接，在第一极柱100的一侧，第一上绝缘件106和第一下绝缘件108分别设置于顶盖片14的上下两侧，以绝缘顶盖片14与第一连接块104、顶盖片14与裸电芯。第一密封件102套设于第一极柱100，以用于密封顶盖片14和第一极柱100之间的间隙。 [0063] 第二极柱120经由第二连接块124与外部用电设备连接，在第二极柱120的一侧，第二上绝缘件126和第二下绝缘件128分别设置于顶盖片14的上下两侧，以绝缘顶盖片14与第二连接块124、顶盖片14与裸电芯。第二密封件122套设于第二极柱120，以用于密封顶盖片14和第二极柱120之间的间隙。 [0064] 为了汇流排能够激光焊接在第一连接块104和第二连接块124上，第一连接块104以及第二连接块124上用来连接汇流排的区域需要具有与汇流排相同的材质(例如都为铜质，或者都为铝质)。需要说明的是，本发明中的所说的具有相同的材质，是指具有相同的基体金属(组成合金的主要成分金属叫基体金属)，例如第一连接块104的材质为纯铝、铝锰合金时，第二连接块124的材质可以为纯铝、铝锰合金，也可以为铝硅合金、铝镁合金，只要它们的基体金属都为铝即可。通常情况下，动力电池的正极极柱(也就是本实施例中的第一极柱100)采用铝作为基体金属，而负极极柱(也就是本实施例中的第二极柱120)采用铜作为基体金属。以第一连接块104、第二连接块124以及汇流排都以铜作为基体金属为例，由于本实施例中的第二极柱120以及第二连接块124的材质均以铜作为基体金属，因此负极无需进行铜铝转接，而由于第一极柱100的材质以铝作为基体金属，同时要求第一连接块104上用来连接汇流排的区域以铜作为基体金属，因此第一电极组件10需要进行铜铝转接。具体装配方式将在下面详细描述。 [0065] 如图2所示，本实施例中的第一极柱100的材质采用铝或铝合金，也就是说，铜铝转接并不是发生在第一极柱100上。而为了完成铜铝转接，第一连接块104包括主体1040以及复合部1042，主体1040为第一连接块104的主体结构，同时也用于与汇流排进行焊接，因此，主体1040的材质为铜、铜合金。 [0066] 为了实现铜铝转接，复合部1042的材质为铝或铝合金，用于与第一极柱100焊接连接，复合部1042和第一极柱100焊接连接可以形成焊接结合面，因此，可以构成稳定的电传输面，而不会像铆接那样会因外部的振动或冲击造成接触电阻的波动。 [0067] 复合部1042与主体1040复合，复合后两者的复合界面为冶金结合(即两种金属的界面间原子相互扩散而形成的结合)，使二者的结合面构成稳定的电传输面，不会因外部的振动或冲击而发生相对滑动，造成接触电阻波动。 [0068] 由于复合部1042与主体1040为不同的材质，因此无法通过常用的激光焊接方式进行牢固连接，需要通过特殊的加工工艺，而这些加工工艺均无法在动力电池顶盖结构的装配过程中使用，因此复合部1042与主体1040的复合需要预先加工完成。 [0069] 相关技术中，有些会采用在第一极柱100上进行铜铝转接。然而，第一极柱100受限于自身结构，通常采用更为复杂的方式，例如采用摩擦焊接方式才能完成复合，并且，这种复合过程只能单个加工，无法批量生产。此外，由于第一密封件102等部件需要通过第一极柱100与第一连接块104的连接实现固定与密封功能，因此一旦第一极柱100的铜铝结合面发生断裂，则同时会造成第一密封件102散落，动力电池顶盖结构丧失密封性能，导致漏液情况发生。 [0070] 而相对于第一极柱100，第一连接块104由于是板状或片状结构，因此采用诸如冷轧法、热轧法、爆炸复合法或爆炸轧制法等更为简单的方式完成复合。 [0071] 复合部1042与主体1040可以采用以下两种方式进行复合。 [0072] 第一种方式中，复合部1042可以由主体1040的上表面向下贯通主体1040，通过侧壁与主体1040进行复合(参见图4)。 [0073] 如图4所示，复合部1042上开设第一连接孔1042a，第一极柱100的顶端具备连接段1000。装配时，第一密封件102以及第一下绝缘件108位于第一极柱100与顶盖片14的下表面之间，第一上绝缘件106则位于第一连接块104与顶盖片14的上表面之间。第一极柱100的连接段1000由下方依次穿过第一密封件102、顶盖片14以及第一上绝缘件106，并伸入第一连接孔1042a内，之后通过激光、超声波焊接等方式将复合部1042与连接段1000焊接，且由于复合部1042与连接段1000的基体金属的材质相同，则可以保证第一极柱100与第一连接块 104之间形成稳定的电传输面并且提高连接强度。 [0074] 可选地的，还可以在第一连接孔1042a内设置一圈台阶部1040b，台阶部1040b从第一连接孔1042a的内壁向孔内突出，铆接后，第一极柱100与台阶部1040b卡紧，可以减小二者之间的相对活动间隙。待铆接完成后，连接段1000的顶面会由第一连接孔1042a露出，之后再进行焊接操作，可以进一步增强第一连接块104与第一极柱100之间的牢固性，降低接触电阻波动的发生概率。 [0075] 第二种方式中，主体1040的上表面设置凹陷部1040c，将复合部1042嵌入凹陷部内1040c内与主体1040进行复合，(参见图5)。也就是说，设置于主体1040上表面的凹陷部 1040c为盲孔结构，此时，复合部1042的三个侧面(即两个侧面和一个底面)与主体1040复合，可以相应的提高转接界面的复合面积。 [0076] 如图5所示，除了复合部1042上开设的第一连接孔1042a之外，在主体1040上还具有第二连接孔1040a，第二连接孔1040a与第一连接孔1042a在动力电池的高度方向上相对，且第一连接孔1042a与第二连接孔1040a的直径可以大致相等(即可以将第一连接孔1042a与第二连接孔1040a的基本尺寸设置成相等，但允许存在制造偏差)，以便共同实现与连接段1000的配合。 [0077] 装配时，第一密封件102、第一上绝缘件106以及第一下绝缘件108的连接方式保持不变，第一极柱100的连接段1000由下方依次穿过第一密封件102、顶盖片14、第一上绝缘件106以及第二连接孔1040a、第一连接孔1042a。 [0078] 具体的，第一极柱100包括基体段1002，基体段1002进一步包括沿二次电池高度方向延伸的纵向延伸部分10020和从纵向延伸部分10020的底端沿径向方向延伸的横向延伸部分10022，具体地，纵向延伸部分10020位于连接段1000的下方并与连接段1000连接。第一密封件102套设于纵向延伸部分10020外，并且第一密封件102的至少部分位于横向延伸部分10022和顶盖片14之间，以实现第一极柱100与顶盖片14之间间隙的密封。 [0079] 第二连接孔1040a内设置一圈台阶部1040b，台阶部1040b从第二连接孔1040a的内壁向孔内突出，连接段1000与台阶部1040b铆接卡紧，铆接完成后，连接段1000的顶面会经由第一连接孔1042a和第二连接孔1040a露出。 [0080] 在图5所示的实施例中，一方面，在对连接段1000与台阶部1040b进行铆接时，由于铆接力的方向竖直向下，连接段1000在铆接力的作用下仅与台阶部1040b铆接卡紧，因此，该铆接力不会使得主体1040和复合部1042之间的转换界面产生剪切力从而发生破坏；另一方面，当二次电池内部的裸电芯(发电单元)发生上下震动时，产生的作用力也不会传递至主体1040和复合部1042的转换界面，主体1040和复合部1042之间的转换界面不会由于长期受到作用力而产生疲劳断裂，由此可以降低振动、冲击等原因使得转换界面脱开的风险，进而避免两种材质的转换界面发生接触电阻波动。 [0081] 请继续参考图5，由于纵向延伸部分10020的直径大于连接段1000的直径，因此，纵向延伸部分10020的顶面即形成纵向延伸部分10020与连接段1000的阶梯面10024，台阶部1040b的底面与主体1040的底面共面且共同搭接于纵向延伸部分10020的顶面。 [0082] 主体1040的底面与台阶部1040b的底面共面，并共同与阶梯面10024接触，铆接时，阶梯面10024可以为台阶部1040b和主体1040提供支撑，阶梯面10024可以起到隔离铆接力的作用，也就是说，铆接力不会被传递至阶梯面10024以下的部分，因此，设置在顶盖片14与纵向延伸部分10020之间的第一密封件102不会在铆接力的作用下被压溃，从而确保了顶盖片14与第一极柱100之间的密封性。 [0083] 为了提高加工效率，以上两种复合方式中，复合部1042均可以沿着垂直于顶盖片14厚度的方向(也就是长方形顶盖片14的宽度方向)一直延伸至主体1040的两侧边缘，这样在复合时可以沿着复合部1042的延伸方向复合很长一段，之后再裁切形成单个第一连接块 104，一次复合过程便可完成批量生产。通常情况下，相邻两个动力电池通常会沿着顶盖片 14的宽度方向排布，因此，为了便于连接汇流排，通槽最好也沿着顶盖片14的宽度方向延伸，从而留出更多的区域来连接汇流排。 [0084] 在第二种复合方式中，如果复合部1042过薄，则可能降低连接段1000与复合部1042之间的焊接强度，而如果复合部1042过宽，则又可能导致主体1040的局部(尤其是第二连接孔1040a的附近区域)强度减弱，从而使第一连接块104与汇流排的连接造成隐患。因此，复合部1042的厚度与主体1040的厚度之比最好处于一个合适的范围内，即(1/10～2/ 3)，从而保证整体的综合性能。 [0085] 为了提高焊接效果，同时也为了便于铆接，第二连接孔1040a的顶端与第一连接孔1042a的直径最好相等，这样，连接段1000在铆接前能够伸入第一连接孔1042a内，便于之后的铆接操作。而铆接完成后，将连接段1000的周缘与第一连接孔1042的内壁焊接在一起，增强焊接强度。 [0086] 这里所说的“第二连接孔1040a的顶端与第一连接孔1042a的直径相等”是指第二连接孔1040a的顶端与第一连接孔1042a的基本尺寸相等，但允许存在制造偏差。 [0087] 由于焊接后会产生焊缝以及焊渣，这些部分会降低第一连接块104的上表面的平整性，为了避免这一问题，第一连接块104在复合后，复合部1042的上表面最好低于主体1040的上表面，从而预留出一些空间用来容纳焊缝和焊渣，而主体1040的上表面依旧保持平整。与此同时，连接段1000的顶面也最好与复合部1042的上表面齐平，一方面提高焊接效果，降低焊接难度，另一方面也更加有效地保证焊缝与焊渣不超出主体1040的上表面。 [0088] 第二电极组件12方面，如图2和图3所示，第二密封件122以及第二下绝缘件128位于第二极柱120与顶盖片14的下表面之间，第二上绝缘件126则位于第二连接块124与顶盖片14的上表面之间，第二极柱120的顶端穿过第二密封件122、顶盖片14以及第二上绝缘件126，并与第二连接块124通过铆接、焊接或其它方式连接在一起，并同时将第二连接块124、第二上绝缘件126、第二密封件122以及第二下绝缘件128一起夹紧固定。 [0089] 以上便是以第一电极组件10连接正极，第二电极组件12连接负极，并且汇流排以铜作为基体金属的实施例。 [0090] 若汇流排以铝作为基体金属，则此时以第一电极组件10电连接负极，第二电极组件12电连接正极，也就是在动力电池的负极进行铜铝转接。具体地，只需将上述实施例中的第一极柱100、主体1040以及复合部1042的基体金属进行相应调换，即此时第一极柱100与复合部1042的基体金属为铜，而主体1040的基体金属为铝。各部分的连接结构与上述实施例相同，在此不再赘述。 [0091] 本申请实施例所提供的动力电池顶盖结构、动力电池及电池模组能够有效避免因振动、冲击等外部因素引起两种材质的转换界面发生接触电阻波动。 [0092] 以上所述仅为本申请的优选实施例而已，并不用于限制本申请，对于本领域的技术人员来说，本申请可以有各种更改和变化，基于本申请所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本申请的保护范围之内。 |
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