一種水冷式新能源動力電池的制作方法

本發明涉及新能源動力電池領域，更具體地說，本發明涉及一種水冷式新能源動力電池。

背景技術：

目前，國內對于傳熱介質的研究大部分采用還是傳統的單一空氣冷卻方式，而國外已經開始如液體冷卻方式、相變材料等對新的傳熱介質的研究。

空氣冷卻方式價格便宜但散熱效果差，液體冷卻方式效率高，是未來動力電池熱管理系統的重要發展方向；常見的液體冷卻方式是在電池包內部鋪散管道，這樣會比較占用內部空間，最重要的是液體冷卻在電池包內部使用存在泄漏的重大安全隱患。

同時，傳統卷繞結構的電池生產效率高，極片邊角面積小，易于批量化生產和極片邊緣毛刺、脫粉的有效控制；傳統多卷芯連續卷繞的電池充、放電倍率較高，產熱量小，適應一定范圍下的低溫條件下的使用；但極片邊角面積較大，生產效率相對較低，不利于批量化生產和極片邊緣毛刺、脫粉的控制。

傳統的超聲波焊接結構的缺點有：焊接極耳層數通常低于100層，且瞬間產生的高溫容易引起極耳處的陶瓷涂層隔膜紙收縮，形成安全隱患；超聲波設備保養困難，其虛焊產品不易被覺察，影響電池的一致性，不利于后續的電池配組與組裝；容易造成極耳開裂或產生金屬粉塵，影響電池的安全性。

傳統的螺柱聯接結構的缺點有：螺柱的尺寸材質受到工藝的限制，受電池殼空間影響，螺柱的直徑受到限制，為了提高扭力，通常采用不銹鋼螺柱，由于其與外殼蓋板連接柱材質不同而形成原電池，易現場腐蝕點，影響電池的可靠性；螺柱連接扭力較小，無法克服負、負極片極耳、外殼蓋板連接柱材料表面粗糙度等對接觸電阻的影響，其接觸面電阻不穩定，影響電池的一致性，不利于后續的電池配組與組裝；

激光穿透焊接其工藝控制復雜，受到環境、材料、工藝等諸多因素影響，其焊接極耳層數通常需控制在10層以下，且焊接效果極不穩定。

鋰電池由于工作電壓高、能量密度大、無記憶效應、循環壽命長、無污染等優點，已越來越廣泛地應用于消費、動力、儲能及各種用途電池中，逐步取代了傳統的可充電電池成為電池領域的主要產品。隨著市場的拓展，對大容量高功率鋰離子二次電池的需求也越來越大，如后備電源類的移動通訊基站、風光發電系統的調峰電源、車載鋰電池包、寒帶急救搶險備用電源及寒帶電動機車電源等市場均有很大的需求。要求電池單體容量大，功率密度高，一致性好，易于配組，電池包在-30℃～+60℃,（1—10）C放電倍率下，仍能負常工作，其常規100Ah及以上大容量鋰離子二次電池有以下難以逾越的缺陷。主要體現在：

1）超聲波焊接的電池，不同機臺和時間焊接的電池內阻離散度大，不利于電池包的配組；

2）螺柱連聯的電池內阻大，通常僅適合于常溫1C以下電流的連續放電，無法滿足設備所需的高功率要求；

3）螺柱連聯的電池內阻大，例如50Ah鋰離子二次電池1KHz交流阻抗通常在1mΩ以上，放電倍率差；

4）外殼一般與陰極直接導通，電池成組后，外殼絕緣層破裂，有造成電池組內Cell間短路或外殼被化學腐蝕的安全風險。

5）電池大電流充、放電條件下，溫升較高，嚴重影響電池的循環壽命安全性能。

技術實現要素：

本發明針對的目的：針對液體冷卻方式在電池包內部應用存在重大安全隱患，而提供一種水冷式新能源動力電池。

本發明是這樣實現的：

一種水冷式新能源動力電池，包括電池箱上蓋、動力電池模組和電池箱下殼，所述電池箱下殼為凹型鋁合金鑄造件，動力電池模組與電池箱下殼內底面貼合連接，散熱硅膠均勻鋪覆在電池箱下殼的內部，電池箱下殼外設有水冷裝置，水冷裝置包括冷水板；冷水板固定安裝在電池箱下殼外底部設有的空腔位置，冷水板通過連接管件與汽車上的冷卻水路連接形成一個完整的水路冷循環裝置。

進一步，電池箱密封墊粘貼在電池箱下殼法蘭邊上，電池箱上蓋通過電池箱密封墊與電池箱下殼密封連接，所述電池箱上蓋為凹型鈑金件殼體，所述電池箱密封墊外形為回字形結構。

進一步，動力電池模組固定在電池箱下殼內底部，通過散熱硅膠使動力電池模組鋁殼的殼面與電池箱下殼貼合。

進一步，所述電池箱下殼內部設有下殼支撐架，下殼支撐架為型材焊接的加強梁。

進一步，所述冷水板采用第一冷水板結構，第一冷水板結構為由上下兩塊凹型鋁合金鑄造板經過壓鑄形成內部空心的鋁合金空心平板，第一冷水板的一端安裝有直形接頭；連接管路一端與第一冷水板的直形接頭連接，連接管路另一端通過轉接頭與汽車上的冷卻水路相接形成一個完整的水路冷循環裝置。

進一步，所述冷水板采用第二冷水板結構，第二冷水板結構為鋁合金板材中設有出冷卻銅管的外形大小一致的彎曲路徑；冷卻銅管壓裝在鋁合金板材彎曲路徑上，所述冷卻銅管兩端與L型接頭連接；連接管路一端與第二冷水板的L型接頭連接，連接管路另一端通過轉接頭與汽車上的冷卻水路相接形成一個完整的水路冷循環裝置。

進一步，所述直形接頭為一端外螺紋接頭，一端為卡套式水管接頭，兩端直通。

進一步，所述L型接頭為一端外螺紋接頭，一端為卡套式水管接頭，兩端直角相通。

進一步，連接管路是由T型接頭兩端插接冷卻水管組合而成；所述轉接頭一端為外螺紋接頭，一端為內螺紋接頭，外螺紋接頭端穿過接頭安裝板用法蘭螺母緊固，內螺紋接頭端與連接管路中T型接頭中間的接頭螺紋連接；所述T型接頭為T字型接頭，中間端為外螺紋接頭，兩端為卡套式水管接頭；所述連接管路和轉接頭安裝在接頭安裝板。

進一步，動力電池模組由多個連續卷繞電池芯極組組成，兩個以上連續卷繞電池芯并列捆扎在一起成為一個并列連續卷繞電池芯極組，連續卷繞電池芯的正、負極片上端設有正極耳和負極耳，正極耳和負極耳上各設有鉚釘孔，所述外殼蓋板上設有蓋板極柱連接片；正極耳和負極耳分別通過其鉚釘孔、鉚釘及鉚接壓片與各自的蓋板極柱連接片鉚接形成電池的正電極和負電極。

優選，連續卷繞電池芯極組外層套有絕緣袋，絕緣袋固定于電芯外殼內，電芯外殼和外殼蓋板的連接處設有絕緣支架，電芯外殼和外殼蓋板采用激光焊封口。

優選，鉚釘在正極時采用鋁鉚釘，負極采用銅鉚釘；鉚接壓片在正極時采用鋁鉚接壓片，負極采用為銅鉚接壓片；蓋板極柱連接片分正極柱連接片和負極柱連接片。

優選，正極耳的連接結構為：從上至下依次是第一鋁鉚接壓片、第一正極耳、正極柱連接片、第二正極耳、第二鋁鉚接壓片，鋁鉚釘依次穿過上述結構，通過冷壓翻邊使正極耳和正極柱連接片鉚接形成電池的正電極。

優選，負極耳的連接結構為：從上至下依次是第一銅鉚接壓片、第一負極耳、負極柱連接片、第二負極耳、第二銅鉚接壓片，銅鉚釘依次穿過上述結構，通過冷壓翻邊使負極耳和負極柱連接片鉚接形成電池的負電極。

優選，正極耳和負極耳上各沖有兩個鉚釘孔，正極耳和負極耳處的鉚接壓片對應位置上各沖有兩個鉚釘通孔，鉚釘孔和鉚釘通孔的直徑相同且大于鉚釘的直徑0.4 mm。

本發明在新能源動力電池包散熱應用上使用液體冷卻，此方式比傳統空氣冷卻效率高，是未來動力電池熱管理系統的重要發展方向。

本發明采用冷水裝置安裝在電池包外部的方式，使冷水板與整體電池包在外部形成一個獨立的水冷系統，解決液體泄漏的重大安全隱患。

本發明動力電池模組采用連續卷繞電池芯極組時，極耳的安裝結構采用鉚接，具有在-40℃—60℃的10C以上大電流放電和常溫3C以上以上快速充的性能，并且多卷芯連續卷繞電池芯極耳與外殼蓋板連接片采用冷壓翻邊鉚接，鉚接壓力大。消除了因負、負極片極耳、外殼蓋板連接柱材料表面粗糙而對接觸電阻的影響，有效減小多卷芯連續卷繞電池芯極耳與外殼蓋板連接片的接觸電阻和疊片電芯極片邊角面積較大，生產效率相對較低，不利于批量化生產和極片邊緣毛刺、脫粉難控制的問題。因阻抗小，充、放電產熱少，無明顯溫升，其循環壽命顯著延長；多卷芯連續卷繞電池芯套絕緣袋后金屬外殼不帶電，組裝后，能改善電池包的可靠性與安全性。

附圖說明

圖1為本發明實施例1的結構爆炸示意圖。

圖2為本發明實施例1的第一冷水板結構裝配示意圖。

圖3為本發明實施例2的第二冷水板結構裝配示意圖。

圖4是本發明實施例3多極耳連續卷繞電池芯示意圖。

圖5是本發明實施例3極耳與外殼蓋板連接片冷壓鉚接側面示意圖。

圖6是本發明實施例3極極耳與外殼蓋板連接片冷壓鉚接正面示意圖。

圖中：電池箱上蓋101，電池箱密封墊102，M8組合螺絲103，下殼支撐架104，動力電池模組105，動力電池模組鋁殼105a，散熱硅膠106，電池箱下殼107，連接管路108，T型接頭108a，冷卻水管108b，轉接頭109，接頭安裝板110，M6組合螺絲111，法蘭螺母112，沉頭螺絲113，第一冷水板114，直形接頭114a，第二冷水板115，冷卻銅管115a，L型接頭115b；

正極片401，負極片402，外殼蓋板403，鉚釘404，鉚接壓片405，極耳束406，蓋板極柱連接片407，連續卷繞電池芯極耳408， 絕緣袋409，連續卷繞電池芯極組410，連續卷繞電池芯411，蓋板電極412， 絕緣支架413，正極耳414，負極耳415，電芯外殼416。

具體實施方式

為了使本發明實現的技術手段、技術特征、達成目的與效果易于明白了解，下面結合具體圖示和實施例對本發明作進一步的描述。

實施例1：

參考圖1和2，電池箱密封墊102粘貼在電池箱下殼107法蘭邊上，蓋上電池箱上蓋101后用螺絲緊固組合成電池包箱體，防水等級達到IP67；所述電池箱上蓋101為凹型鈑金件殼體，外觀電泳黑色；所述電池箱密封墊102外形類似回字形的發泡硅膠類密封墊；所述電池箱下殼107為凹型鋁合金鑄造件，內部需各部件的安裝定位螺絲孔位。

連接管路108、轉接頭109、接頭安裝板110的安裝結構為：所述連接管路108是由T型接頭108a兩端插接冷卻水管108b組合而成；所述轉接頭109一端為外螺紋接頭，一端為內螺紋接頭，外螺紋接頭端穿過接頭安裝板110用法蘭螺母112緊固，內螺紋接頭端與連接管路108中T型接頭108a中間的接頭螺紋連接；所述T型接頭108a為T字型接頭，中間端為外螺紋接頭，兩端為卡套式水管接頭；所述冷卻水管108b為PVC加玻纖的水管；所述接頭安裝板110為凹型鈑金件，用于來連接固定連接管路108和轉接頭109使用。

第一冷水板114是由鋁合金鑄造成凹型，再由上下兩塊壓鑄成內部空心的鋁合金空心平板，在一端安裝好直形接頭114a；所述直形接頭114a為一端外螺紋接頭，一端為卡套式水管接頭，兩端180度直形相通；通過用沉頭螺絲113把第一冷水板114固定在電池箱下殼107底部空腔位置，再把連接管路108一端與第一冷水板114的直形接頭114a連接起來，轉接頭109再和汽車上的冷卻水路相接就可形成一個完整的水路冷循環裝置，即可實現電池箱外部液體冷卻。

散熱硅膠106和動力電池模組105的安裝關系為：所述散熱硅膠106為兩種灌封硅膠1:1調和而成的AB灌封硅膠，把散熱硅膠106均勻鋪覆在電池箱下殼107內部，再將動力電池模組105用螺絲固定在電池箱下殼107相應的安裝位置上，通過散熱硅膠106使動力電池模組鋁殼105a的殼面與電池箱下殼107充分全面貼合，利于散熱。

下殼支撐架104為五金型材焊接的加強梁，用螺絲固定在電池箱下殼107內部，大大加強整個電池箱受沖擊和擠壓的強度。

實施例2：

參考圖1和3，第二冷水板115為第二種實現方式，是由鋁合金板材加工出冷卻銅管115a的外形大小彎曲路徑；再把冷卻銅管115a安裝加工好的形狀路徑壓鉚在鋁合金板材上，所述冷卻銅管115a兩端焊接內螺紋接頭，與L型接頭115b螺紋連接；所述L型接頭115b為一端外螺紋接頭，一端為卡套式水管接頭，兩端90度直角相通；通過用沉頭螺絲113把第二冷水板115固定在電池箱下殼107底部空腔位置，再把連接管路108一端與第二冷水板115的L型接頭115b連接起來，轉接頭109再和汽車上的冷卻水路相接就可形成一個完整的水路冷循環裝置，即可實現電池箱外部液體冷卻。其它結構與實施例類似。

實施例3：

動力電池模組105由多個連續卷繞電池芯極組410組成，兩個以上的連續卷繞電池芯極組410放置在電芯外殼416中，當連續卷繞電池芯極組410采用兩個以上多卷芯連續卷繞電池芯411時，兩個以上連續卷繞電池芯411并列捆扎在一起成為一個并列連續卷繞電池芯極組，極耳的安裝結構采用鉚接。

由兩個或多個連續卷繞電池芯411、絕緣支架413（PE絕緣支架）、電芯外殼416和外殼蓋板403組成，兩個或多個多卷芯連續卷繞電池芯411并列捆扎在一起后成為一個并列電池芯，外層套有絕緣袋409（PE絕緣袋），固定于電芯外殼416內，電芯外殼416和外殼蓋板403的連接處設有絕緣支架413（PE絕緣支架），電芯外殼416和外殼蓋板403采用激光焊封口；每個多卷芯連續卷繞電池芯411由正極片401、兩層陶瓷涂層隔膜紙和負極片402卷繞而成，正極片401的正極耳和負極片402上的負極耳分別構成電池芯正極耳414和負極耳415，兩層陶瓷涂層隔膜紙將正極片401和負極片402隔開。

正極耳414和負極耳415的結構，正、負極片上端裁切有極耳，每個極耳上沖2個直徑4.6mm用于鉚釘404穿過的孔；所述外殼蓋板403上設有蓋板極柱連接片407，分正極柱連接片和負極柱連接片；鉚釘404，正極為鋁鉚釘，負極為銅鉚釘；鉚接壓片405，正極為鋁鉚接壓片、負極為銅鉚接壓片。

在正極耳的沖孔處，其結構從上至下依次是第一鋁鉚接壓片、第一正極耳、正極柱連接片 、第二正極耳、第二鋁鉚接壓片，2個直徑4.2mm的鋁鉚釘依次穿過上述結構，采用專用10T氣液增壓缸鉚接設備冷壓翻邊鉚接正極耳414和正極柱連接片形成電池的正電極；

在負極耳處，其結構從上至下依次是第一銅鉚接壓片、第一負極耳、負極柱連接片 、第二負極耳、第二銅鉚接壓片，2個直徑4.2mm銅鉚釘依次穿過上述結構，采用專用10T氣液增壓缸鉚接設備冷壓翻邊鉚接負極耳415和負極柱連接片形成電池的負電極。

鋁鉚接壓片和銅鉚接壓片的厚度為2mm，且均有兩個直徑4.6mm的孔。

本行業的技術人員應該了解，本發明不受上述實施例的限制，上述實施例和說明書中描述的只是說明本發明的原理，在不脫離本發明精神和范圍的前提下，本發明還會有各種變化和改進，這些變化和改進都落入要求保護的本發明范圍內。