1.本发明涉及电池成组技术，特别涉及一种锂金属负极固态电池模组。
背景技术：2.电池模组是由多个电池电芯在综合考虑电池本身的机械、热、安全等特性，通过串并联方式而形成的一种模块化机构，其结构的设计以及安全性能、电气性能对动力电池的整体起到了决定性的作用。
3.随着电动汽车行业的发展，动力电池的模组尺寸由355到390在到590过渡，然后到大模组，甚至是无模组的ctp(cell to pack)、刀片电池等，整个模组尺寸的变化，无外乎是为了更好的提高电池包的空间利用率，或者说是为了提高体积能量密度，毕竟相对而言，电池的重量能量密度已经达到极限，更好的尺寸模组布局自然成为了重点。
4.申请人仔细研究了现有电池模组，认为动力电池的发展更多的倾向于ctp(cellto pack)的方案，即将整个电池包变成一个大的模组，但是ctp(cell to pack)本身的开发演变，也会分为多个不同的阶段，从传统的四个模组在过渡到大模组，最后到无模组。
5.传统电池由电芯组装为模组，再把模组安装到电池包里，电池包的空间利用率只有40％，而从电芯直接集成为电池包，从而省去了中间的模组，电池包空间利用率也能够超过60％。电池包零部件数量减少了40％，生产效率提升了50％，但是目前成组的大模组的技术难点在于,产品的可装配性，尺寸适配性、可移植性低、安全性、强度等问题。
技术实现要素：6.本发明所要解决的技术问题是提供一种锂金属负极固态电池模组，采用多个子单元定位结合，提高了装配的效率，同时也能提高产品结构的稳定性，安全性，通过增加若干个子单元的方式可实现不同需求的串并联，满足多种场景的应用，并通过集成软包大模组，提高电池包体积能量密度。
7.本发明解决上述技术问题所采用的技术方案为：
8.一种锂金属负极固态电池模组，包括多个子单元，每个所述子单元包括至少两个电芯和一个保护框，所述电芯的左端和右端各设置有一个极耳，所述电芯插装在所述保护框内，所述电芯左端的极耳伸出所述保护框后与一个第一汇流排电连接，所述电芯右端的极耳伸出所述保护框后与另一个第一汇流排电连接，从而使保护框内的至少两个电芯并联，多个所述子单元之间再通过串联和/或并联的方式电连接。
9.作为优选，所述保护框上设置有定位组件，用于使相邻两个所述子单元定位安装。
10.作为优选，相邻两个所述子单元之间设置有隔热泡棉。
11.作为优选，所述保护框包括依次连接的左边框、顶边和右边框，所述左边框和所述右边框均分别开设有第一条形孔，所述第一条形孔左右贯穿并延伸至对应左边框或者右边框的底部，以便于所述电芯能够从保护框的底部插装至所述保护框内，所述电芯的极耳对应穿过所述第一条形孔后与所述第一汇流排电连接。
12.作为优选，所述保护框还包括保护盖和设置于所述保护盖与所述电芯之间的电芯封边泡棉，所述保护盖设置有两个，分别对应与所述左边框和所述右边框连接。
13.作为优选，还包括支撑框，所述支撑框包括前端板、后端板、左汇流排护盖、右汇流排护盖、模组上盖和模组下盖，多个所述子单元从前到后叠放在所述支撑框内，所述子单元与所述模组下盖之间设置有导热介质层，用于将电芯的热量传递至模组下盖，所述前端板、后端板与相邻的子单元之间均设置有端板绝缘片。
14.作为优选，所述第一汇流排对应设置有至少一条纵向延伸的第二条形孔。
15.作为优选，所述子单元与所述模组上盖之间设置有fpc，用于与多个所述子单元分别电连接，或者用于与多个并联的子单元分别电连接，或者用于与多个串联的子单元分别电连接。
16.作为优选，所述保护盖上表面的前后端边沿向上延伸有凸边，所述凸边与对应的所述左边框或者所述右边框卡扣连接，所述保护盖的上表面于两个凸边之间还设置有限位凸台，所述电芯封边泡棉位于两个所述凸边之间，且位于所述限位凸台的内侧。
17.作为优选，多个所述子单元的左侧和右侧还分别设置有并联汇流排和串联汇流排，所述并联汇流排和串联汇流排之间还设置有汇流排绝缘盖。
18.与现有技术相比，本发明的一种锂金属负极固态电池模组的优点在于：
19.(1)通过成组为一个大模组，获得了更高的pack空间利用率，同时为了提升大模组的装配效率，设计了一个子单元的保护框，将两个及以上的电芯通过保护框成组一个并联的子单元，通过多个子单元的方式可实现不同需求的串并联，适用性更强。而且在保护框上设计了定位组件，保证了其安装时对齐的精度。
20.(2)在子单元的保护框底部设置有导热通道，电芯的热量通过导热通道内的导热硅胶或其他的导热介质传递到模组下盖，再交换到外部，解决了电芯散热问题。
21.(3)在子单元之间使用隔热泡棉有效的吸收膨胀尺寸，同时再通过端板空心的设计结构，增加强度，抵抗膨胀力，解决了模组在实际使用过程中带来的电芯膨胀力问题。
22.(4)隔热泡棉的设计同时具备阻挡电芯发生热失控时的隔热能力；
23.(5)保护盖一方面是为了扣合保护框使得结构完整，增加强度，另一方面在上面支撑了电芯封边泡棉；电芯封边泡棉的作用是为了保护封边，防止产品在长期使用过程中，导致电芯封边的磨损。
附图说明
24.图1为本实施例中固态电池的结构示意图一；
25.图2为本实施例中固态电池的结构示意图二；
26.图3为本实施例中多个子单元的安装示意图；
27.图4为本实施例中固态电池的爆炸示意图一；
28.图5为本实施例中固态电池的爆炸示意图二；
29.图6为本实施例中子单元的爆炸示意图；
30.图7为本实施例中保护盖的结构示意图；
31.图8为图5中a处的放大示意图；
32.图9为导热介质层的局部放大示意图。
33.图中，1、子单元；11、电芯；111、极耳；12、保护框；121、左边框；1211、第一条形孔；122、顶边；123、右边框；124、保护盖；1241、凸边；1242、限位凸台；1243、沟槽；125、电芯封边泡棉；13、第一汇流排；131、第二条形孔；2、隔热泡棉；3、支撑框；31、前端板；32、后端板；33、左汇流排护盖、34、右汇流排护盖；35、模组上盖；36、模组下盖；4、导热介质层；5、端板绝缘片；6、fpc；7、并联汇流排；8、串联汇流排；9、汇流排绝缘盖。
具体实施方式
34.以下结合附图实施例对本发明作进一步详细描述。
35.实施例1、
36.一种锂金属负极固态电池模组，结合1-9所示，包括支撑框3和多个子单元1，多个子单元1从前到后叠放在支撑框3内，且多个子单元1之间通过串联和/或并联的方式电连接。通过不同数量的子单元1，实现组装不同大小的电池模组，能够有效控制电池模组的尺寸，便于实现不同产品的串并联结构。
37.每个子单元1包括至少两个电芯11和一个保护框12，保护框12包括依次连接的左边框121、顶边122和右边框123，左边框121和右边框123均分别开设有第一条形孔1211，第一条形孔1211左右贯穿并延伸至对应左边框121或者右边框123的底部，电芯11的左端和右端各设置有一个极耳111，电芯11插装在保护框12内，电芯11左端的极耳111 伸出保护框12后与一个第一汇流排13电连接，电芯11右端的极耳111伸出保护框12 后与另一个第一汇流排13电连接，从而使保护框12内的至少两个电芯11并联。
38.保护框12还包括保护盖124和设置于保护盖124与电芯11之间的电芯封边泡棉125，保护盖124设置有两个，分别对应与左边框121和右边框123连接。
39.具体地，保护盖124上表面的前后端边沿向上延伸有凸边1241，凸边1241与对应的左边框121或者右边框123卡扣连接，保护盖124的上表面于两个凸边1241之间还设置有限位凸台1242，电芯封边泡棉125与保护盖124一一对应，电芯封边泡棉125位于两个凸边1241之间，且位于限位凸台1242的内侧。限位凸台1242的设置，一方面可以限制电芯封边泡棉125的位置，另一方面限位凸台1242上设置有多个沟槽1243，便于左边框121或者右边框123底部的对位安装。由于左边框121和右边框123上设置有延伸至底部的第一条形孔1211，避免影响其结构强度，左边框121和右边框123于第一条形孔 1211的两侧还设置有加强筋结构，而且左边框121和右边框123的底部对应插装在限位凸台1242的沟槽1243内，不仅可以起到定位的作用，还能够增加组装后的子单元1的结构强度。
40.保护盖124一方面是为了扣合保护框12使得结构完整，增加强度，另一方面在上面支撑了电芯封边泡棉125；电芯封边泡棉125的作用是为了保护封边111，防止产品在长期使用过程中，导致电芯封边111的磨损。
41.本领域的技术人员应当了解，左边框121和右边框123上的第一条形孔1211的数量与子单元1的电芯11数量一一对应，或者第一条形孔1211的数量小于电芯11数量。
42.如图6所示，一个保护框12内设置有三个电芯11，左边框121和右边框123上各开设有两个第一条形孔1211，子单元1组装时，位于中间的电芯11极耳111向另一个电芯 11的极耳111弯折靠拢，使两个电芯11穿过同一个第一条形孔1211。将三个电芯11安装至保护框12内后，将两个第一汇流排13通过塑料铆钉分别与左边框121和右边框123 固定。第一汇流排
13上设置有纵向延伸的第二条形孔131，第二条形孔131与左边框121 或者右边框123的一个第一条形孔1211相对应。在安装第一汇流排13时，共用一个第一条形孔1211的电芯11极耳111依次穿过第一条形孔1211和第二条形孔131后固定在对应的左边框121和右边框123上，而另外一个电芯11的极耳111穿过第一条形孔1211 后，经第一汇流排13和左边框121或者右边框123之间的缝隙穿过，然后将电芯封边泡棉125和保护盖124卡扣安装在对应的左边框121和右边框123上，再将电芯11的极耳 111弯折焊接在第一汇流排13上，进而完成子单元1的组装。
43.本领域的技术人员应当了解，如果第一汇流排13上没有第二条形孔131，第一汇流排13的尺寸应当小于左边框121的侧面尺寸，电芯11的极耳111穿过左边框121或者右边框123后从第一汇流排13的两侧穿出并弯折与第一汇流排13焊接。如图6所示设置有第二条形孔131的第一汇流排13，在安装时，第一汇流排13套装在电芯11极耳111 外侧后，不易脱落，更有利于使用机器设备定位组装。
44.相邻两个子单元1之间设置有隔热泡棉2，隔热泡棉2的大小优选能够完全覆盖电芯 11本体，有效的缓解电芯11热失控的发生，同时用于缓冲电芯11的膨胀力。
45.保护框12上设置有定位组件，用于方便相邻两个子单元1定位安装。具体地，左边框121和右边框123的前侧和后侧均分别设置有定位凸起和定位槽孔，定位槽孔与定位凸起相适配，相邻两个左边框121或者相邻两个右边框123的定位凸起能够对应插装至定位槽孔内，进而便于子单元1的定位安装。如图6所示，左边框121和右边框123呈中心对称，左边框121后侧面的上半区域设置有定位凸起，下半区域设置有定位凹槽，右边框123的后侧面的上半区域设置有定位凹槽，下半区域设置有定位凸起。
46.本领域的技术人员应当了解，定位组件的形态有很多，定位凸起可以是规则的柱体，也可以呈不规则的块状，而且定位组件的位置，可以设置在左边框121或者右边框123 上，也可以设置在顶边上，只要能够实现定位相邻两个子单元1，以便于精准定位安装即可。
47.支撑框3包括前端板31、后端板32、左汇流排护盖33、右汇流排护盖34、模组上盖35和模组下盖36。
48.子单元1与模组下盖36之间设置有导热介质层4，用于将电芯11的热量传递至模组下盖36，再传递到pack的水冷板或者其他热量交换装置。在叠装在一起的多个子单元1 的下表面涂覆一层导热硅胶，进而形成导热介质层4，导热介质层4的上表面与电芯11 及隔热泡棉2相抵，下表面与模组下盖36抵接，而且导热介质层4的左侧和右侧还与保护盖124及电芯11封边泡棉相抵接，能够进一步限制电芯11封边泡棉的位置。
49.前端板31、后端板32与相邻的子单元1之间均设置有端板绝缘片5。
50.电芯11的采集通过集成fpc 6的方式，在子单元1与模组上盖35之间设置fpc 6，并使用激光焊接镍片进行采样，用于与多个子单元1分别电连接，或者用于与多个并联的子单元1分别电连接，或者用于与多个串联的子单元1分别电连接，减少了线束带来的装配不稳定性以及磨损等安全性的隐患。如图4和5所示，在保护框12顶边的上部，设计有fpc的采用8位置通道，用以安装定位fpc 6。
51.多个子单元1的左侧和右侧还分别设置有并联汇流排7和串联汇流排8，并联汇流排 7和串联汇流排8之间还设置有汇流排绝缘盖9。
52.该锂金属负极固态电池模组的组装：
53.1、将两个或两个以上的电芯11垂直从底部插入保护框12内，然后将电芯封边泡棉 125及保护盖124对应安装并扣合，再将第一汇流排13定位安装后，弯折电芯11的极耳 111并焊接，形成子单元1；
54.2、将若干个子单元1，通过保护框12侧面的定位组件定位堆叠所需要的串数，同时在相邻两个子单元1之间安置隔热泡棉2；
55.3、成组好后，将串联汇流排8焊接形成完整的回路；
56.4、将fpc焊接到对应的位置，对每一串的电芯11进行采样；
57.5、将导热硅胶涂覆在多个子单元1的底部，然后将前端板31、后端板32、左汇流排护盖33、右汇流排护盖34、模组上盖35和模组下盖36安装焊接，完成整个电池模组的装配。
58.与现有技术相比，该锂金属负极固态电池，通过成组为一个大模组，获得了更高的 pack空间利用率，同时为了提升大模组的装配效率，设计了一个子单元1的保护框12，将两个及以上的电芯11通过保护框12成组一个并联的子单元1，通过多个子单元1的方式可实现不同需求的串并联，适用性更强。而且在保护框12上设计了定位组件，保证了多个子单元1安装时的对齐精度。
59.为解决电芯11散热问题，在子单元1的保护框12底部设置保护盖124和电芯封边泡棉125，从而预留出铺设导热硅胶的通道，电芯11的热量，通过导热硅胶或其他的导热介质传递到模组下盖36，再交换到外部。
60.为解决模组在实际使用过程中带来的电芯11膨胀力，在子单元1之间使用隔热泡棉 2有效的吸收膨胀尺寸，同时再通过端板空心的设计结构，增加强度，抵抗膨胀力。隔热泡棉2的设计同时具备阻挡电芯11发生热失控时的隔热能力。
61.本模组的设计是基础固态软包电池开发的模组，通过采用塑料保护框12的方式，提高了装配的效率，同时也能提高产品结构的稳定性，安全性，同时通过增加若干个软包子单元1的方式可实现不同需求的串并联，满足多种场景的应用需求，并通过集成软包大模组，提高电池包体积能量密度。
62.尽管以上详细地描述了本发明的优选实施例，但是应该清楚地理解，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
技术特征：1.一种锂金属负极固态电池模组，其特征在于：包括多个子单元(1)，每个所述子单元(1)包括至少两个电芯(11)和一个保护框(12)，所述电芯(11)的左端和右端各设置有一个极耳(111)，所述电芯(11)插装在所述保护框(12)内，所述电芯(11)左端的极耳(111)伸出所述保护框(12)后与一个第一汇流排(13)电连接，所述电芯(11)右端的极耳(111)伸出所述保护框(12)后与另一个第一汇流排(13)电连接，从而使保护框(12)内的至少两个电芯(11)并联，多个所述子单元(1)之间再通过串联和/或并联的方式电连接。2.根据权利要求1所述的锂金属负极固态电池模组，其特征在于：所述保护框(12)上设置有定位组件，用于使相邻两个所述子单元(1)定位安装。3.根据权利要求1所述的锂金属负极固态电池模组，其特征在于：相邻两个所述子单元(1)之间设置有隔热泡棉(2)。4.根据权利要求1所述的锂金属负极固态电池模组，其特征在于：所述保护框(12)包括依次连接的左边框(121)、顶边(122)和右边框(123)，所述左边框(121)和所述右边框(123)均分别开设有第一条形孔(1211)，所述第一条形孔(1211)左右贯穿并延伸至对应左边框(121)或者右边框(123)的底部，以便于所述电芯(11)能够从保护框(12)的底部插装至所述保护框(12)内，所述电芯(11)的极耳(111)对应穿过所述第一条形孔(1211)后与所述第一汇流排(13)电连接。5.根据权利要求4所述的锂金属负极固态电池模组，其特征在于：所述保护框(12)还包括保护盖(124)和设置于所述保护盖(124)与所述电芯(11)之间的电芯(11)封边泡棉，所述保护盖(124)设置有两个，分别对应与所述左边框(121)和所述右边框(123)连接。6.根据权利要求5所述的锂金属负极固态电池模组，其特征在于：还包括支撑框(3)，所述支撑框(3)包括前端板(31)、后端板(32)、左汇流排护盖(33)、右汇流排护盖(34)、模组上盖(35)和模组下盖(36)，多个所述子单元(1)从前到后叠放在所述支撑框(3)内，所述子单元(1)与所述模组下盖(36)之间设置有导热介质层(4)，用于将电芯(11)的热量传递至模组下盖(36)，所述前端板(31)、后端板(32)与相邻的子单元(1)之间均设置有端板绝缘片(5)。7.根据权利要求4所述的锂金属负极固态电池模组，其特征在于：所述第一汇流排(13)对应设置有至少一条纵向延伸的第二条形孔(131)。8.根据权利要求5所述的锂金属负极固态电池模组，其特征在于：所述子单元(1)与所述模组上盖(35)之间设置有fpc(6)，用于与多个所述子单元(1)分别电连接，或者用于与多个并联的子单元(1)分别电连接，或者用于与多个串联的子单元(1)分别电连接。9.根据权利要求4所述的锂金属负极固态电池模组，其特征在于：所述保护盖(124)上表面的前后端边沿向上延伸有凸边(1241)，所述凸边(1241)与对应的所述左边框(121)或者所述右边框(123)卡扣连接，所述保护盖(124)的上表面于两个凸边(1241)之间还设置有限位凸台(1242)，所述电芯(11)封边泡棉位于两个所述凸边(1241)之间，且位于所述限位凸台(1242)的内侧。10.根据权利要求1-9任一项所述的锂金属负极固态电池模组，其特征在于：多个所述子单元(1)的左侧和右侧还分别设置有并联汇流排(7)和串联汇流排(8)，所述并联汇流排(7)和串联汇流排(8)之间还设置有汇流排绝缘盖(9)。
技术总结本发明公开了一种锂金属负极固态电池模组，包括多个子单元，每个所述子单元包括至少两个电芯和一个保护框，所述电芯的左端和右端各设置有一个极耳，所述电芯插装在所述保护框内，所述电芯左端的极耳伸出所述保护框后与一个第一汇流排电连接，所述电芯右端的极耳伸出所述保护框后与另一个第一汇流排电连接，从而使保护框内的至少两个电芯并联，多个所述子单元之间再通过串联和/或并联的方式电连接。该一种锂金属负极固态电池模组，采用多个子单元定位结合，提高了装配的效率，同时也能提高产品结构的稳定性，安全性，通过增加若干个子单元的方式可实现不同需求的串并联，满足多种场景的应用，并通过集成软包大模组，提高电池包体积能量密度。体积能量密度。体积能量密度。
技术研发人员：许晓雄 丁大圣 刘听听 戈志敏
受保护的技术使用者：浙江锋锂新能源科技有限公司
技术研发日：2022.01.27
技术公布日：2022/7/5
