一种全封闭叠层电池箱 【技术领域】
本发明涉及一种用于电动汽车的电池箱,特别是涉及一种全封闭叠层电池箱。背景技术 目前,全球石化能源供应紧缺,环保压力大。 电动汽车作为新型交通工具,日 趋得到社会的重视,其相关技术日新月异。 作为主要系统之一的蓄电池系统也得到了发 展,如采取新型蓄电池、集成蓄电池管理系统等,但是作为蓄电池辅助装置之一的承载 蓄电池的电池箱却没有显著改观。 多数电动汽车将蓄电池直接安装在车体上 ;有快速更 换电池模式的电池箱,在北京奥运会使用的纯电动大巴已有应用。
目前所使用的蓄电池的电池箱存在以下缺点 :零部件种类多,结构复杂,生产 工艺复杂,电池温度场分布不均匀,防护性能较差 ( 即 IP 防护等级 )。
发明内容
本发明的目的在于提供一种全封闭叠层电池箱,所述全封闭叠层电池箱包括 :
多个壳体 7,多个壳体 7 顺序排列,壳体 7 为浅槽形并具有与壳体 7 内蓄电池相 适应的几何形状和安装空间 ;
密封元件 6,密封元件 6 设置于相邻壳体 7 之间以使相邻壳体 7 紧密连接 ;和挡 板 8,所述挡板 8 设置于壳体 7 排列的两端,挡板 8 与壳体 7 之间设置有保温层和密封元 件 6,挡板 8 上设置有蓄电池组的端子 9,通过紧固元件 10 将挡板 8 与壳体 7 排列夹紧, 形成电池箱。
优选地,壳体 7 由导热材料制成并设置有用于承载受力和围护的壁 1、用于导热 和承载电池的底 2、设置于壁 1 上的多个散热翅片 3、用于紧固元件 10 连接的多个安装孔 4、和用于通过蓄电池组的端子 9 或电连接部件以及平衡相邻壳体 7 气压的多个通道 5。
优选地,壳体 7 的内壁、以及壳体 7 与蓄电池的接触部位覆盖有绝缘层 13,所绝 缘层 13 具有弹性。
优选地,在蓄电池与壁 1 之间留有排放空间以供蓄电池异常排放,所述排放空 间通过通道 5 与相邻壳体 7 的空间相连通。
优选地,所述蓄电池的外表面连续覆盖着金属材料。
优选地,所述电池箱还包括温度传感器 14、压力传感器、和压力释放装置 15, 其中,温度传感器 14 设置于所述排放空间中,压力传感器和压力释放装置 15 设置于两端 挡板 8 上,压力释放装置 15 为安全阀或爆破片装置,压力传感器和压力释放装置 15 与所 述排放空间相通。
优选地,所述电池箱还包括电气箱 17、视窗 18、低压电连接器 19、锁止机构 20、以及高压电连接器 21。
优选地,所述壳体 7 还包括检测导线 11 和塑胶塞 12,所述塑胶塞 12 与壳体 7 连 接,所述检测导线 11 穿过塑胶塞 12,检测导线 11 与塑胶塞 12 之间密封,塑胶塞 12 与壳体 7 连接处使用密封胶或填料密封。
优选地,所述壳体 7 还包括由绝缘材料制成的护罩 16,护罩 16 与挡板 8 之间固 定连接并作防水处理。
优选地,所述端子 9 预留焊接电缆的孔,电缆在该孔中与端子 9 钎焊连接,电缆 穿过护罩 16 连接其他电池箱或用电设备,电缆与护罩 16 间做防水处理。
优选地,在壳体 7 外连接有发热元件,以保证蓄电池的工作环境温度。
优选地,其特征在于,壳体 7 和挡板 8 由金属材料、或其它能满足刚度、强度、 导热能力要求的非金属材料加工制成。
本发明所提供的全封闭叠层电池箱主要由壳体、挡板、密封元件和紧固元件组 成,因此具有零件种类极少、结构简洁、易于组装以及易于生产管理和质量管理的优 点。 由于壳体和挡板通过紧固元件被紧密地连接在一起,并且进一步地在相邻的壳体之 间以及壳体和挡板之间设置密封元件,因此具有良好的密封性能,使得本发明的全封闭 叠层电池箱具有高达 IP67 的防护等级。 同时,蓄电池的外表面连续覆盖有较厚的壳体, 因此具备较强的防穿刺能力,安全防护性能突出。
IP(INTERNATIONAL PROTECTION) 防护等级系统是由 IEC(INTERNATIONAL ELECTROTECHNICAL COMMIS SION) 所起草的,将电器设备依其防尘防湿气的特性 加以分级。 IP 防护等级是由两个数字所组成,第 1 个数字表示电器防尘、防止外物侵入 的等级,第 2 个数字表示电器防湿气、防水侵入的密闭程度,数字越大表示其防护等级 越高。 其中,防护等级 IP67 中的数字 6 表示完全防止外物侵入,且可完全防止灰尘进 入 ;数字 7 表示电器浸在水中一定时间或水压在一定的标准以下能确保不因进水而造成 损坏。 在本发明所提供的全封闭叠层电池箱的壳体的内表面与蓄电池相接触的部位上 覆盖有绝缘层,这使得本发明的电池箱可满足 GB/T18384.1 中第 6.、7 款的绝缘和防水要 求。
本发明所提供的全封闭叠层电池箱能够提供充足、均匀的导热通道以及充足的 散热面积,因此蓄电池的温升低。 在高温环境下 ( 室外 35℃ ),当蓄电池大倍率充放电 时,往电池箱表面吹风,或者将吹风和喷淋水相结合来降温,可达到良好的冷却效果。
综上所述。 本发明所提供的全封闭叠层电池箱具有非常广泛的应用范围和现实 意义。
附图说明
图 1 为本发明的全封闭叠层电池箱的壳体的结构示意图 ;
图 2 为本发明的全封闭叠层电池箱的壳体的截面图 ;
图 3 为本发明的全封闭叠层电池箱的装配示意图 ;
图 4 为本发明的全封闭叠层电池箱的阶梯剖视图 ;
图 5 为本发明的全封闭叠层电池箱的壳体检测线及绝缘布置示意图 ;
图 6 为本发明的全封闭叠层电池箱的蓄电池模块端子和压力释放装置的示意 图;
图 7 为本发明的全封闭叠层电池箱的一个实施例的装配示意图。附图标记说明如下 :
壁 1、底 2、散热翅片 3、安装孔 4、通道 5、密封元件 6、壳体 7、挡板 8、端 子 9、紧固元件 10、检测导线 11、塑胶塞 12、绝缘层 13、温度传感器 14、压力释放装置 15、护罩 16、电气箱 17、视窗 18、低压电连接器 19、锁止机构 20、高压电连接器 21。 具体实施方式
为了能进一步了解本发明的结构、特征及其他目的,现结合所附较佳实施例详 细说明如下,所说明的较佳实施例仅用于说明本发明的技术方案,并非限定本发明。
如图 3 和图 4 所示,图 3 为本发明的全封闭叠层电池箱的装配示意图。 请参看 图 3,多个壳体 7 顺序排列组合一起,壳体 7 为浅槽型并具有与壳体 7 内蓄电池相适应的 几何形状和安装空间 ;密封元件 6 设置于相邻壳体 7 之间以使相邻壳体 7 紧密连接 ;挡 板 8 设置于壳体 7 排列的两端,挡板 8 与壳体 7 之间设置有保温层和密封元件 6,挡板 8 上设置有蓄电池组的端子 9 并与外电路连接,通过紧固元件 10 将挡板 8 与壳体 7 排列夹 紧、组合连接在一起,形成电池箱。
壳体 7 和挡板 8 使用金属铝、钢、铜等金属材料或其他刚度、强度、导热能力等 满足要求的非金属材料加工。
优选地,使用金属铝加工,密度小、强度高,便于生产制造,具备很强的导热 能力 ;可采取压铸、模锻、拉伸、挤压、冲压等工艺生产制造。 由于可以采取模具加 工,一致性非常好,可互换 ;方便批量生产及使用,便于质量控制,易于标准化。 图 3 中,挡板 8 上设置电池组的端子 9,与外电路连接。
图 3 所示电池箱主要结构件为壳体 7、挡板 8、紧固元件 10,紧固元件 10 中 的螺母和垫片为标准件,零件种类极少,结构简洁,易于组装,易于生产管理、质量管 理。 由于被紧密的连接在一起,接合处采取密封措施、具有密封元件,可实现较高防护 等级 ;同时,蓄电池外表面连续覆盖着较厚的壳,具备较强的防穿刺能力,安全防护性 能突出。
本发明所提供的电池箱通过紧固元件 10 夹紧挡板 8 和壳体 7,并通过密封元件 6 密封壳体 7 和壳体 7 之间以及壳体 7 和挡板 8 之间的缝隙,使得本发明的电池箱处于全封 闭状态,可达到高达 IP67 的防护等级。 在本发明中,密封元件 6 可以是密封圈,安装在 壁 1 的沟槽内或者通过粘合剂固定到壁 1 上,该密封圈优选是具有 O 形截面的密封圈 ; 此外密封元件 6 亦可使用其他截面、类型的密封元件 ;亦可采取其他结构形式的密封方 式,如毛毡、密封胶、石棉板等填料密封,密封材料应为阻燃材料。
紧固元件 10 可以是螺栓组件,使用较长的双头螺栓,两端配合螺母和垫圈,通 过双头螺栓将壳体 7 和挡板 8 串在一起并通过拧紧两头的螺母将壳体 7 和挡板 8 夹紧。 这样壳体 7、挡板 8、密封元件 6 和紧固元件 10 共同构成了一个全封闭的空间 ( 如图 3 所 示 )。
本发明的电池箱所用的壳体 7 的数量可以根据实际需要的电压、电量和功率等 电性能来确定。 从另一个方面来说,还可以通过调整电池箱所用的壳体 7 的数量来方便 地改变蓄电池模块的电压、电量、功率等电性能。 这使得本发明的电池箱与现有技术中 的电池箱相比,具有应用范围更广泛和调整灵活的优点。图 4 为本发明的全封闭叠层电池箱的阶梯剖视图。 请参看图 3,该电池箱叠层结 构非常显著,电池、绝缘层 13 与底 2 紧密的贴在一起,蓄电池使用底 2 作为散热通道, 因此整个蓄电池模块的温度场分布比较均匀。 同时内部空间利用充分,电池箱体积较 小,有利于提高电池箱的体积能量密度。
如图 1 所示,图 1 为本发明的全封闭叠层电池箱的壳体的结构示意图。 从图 1 中 可以看出,在壳体 7 上设置有用于承载受力和围护的壁 1、用于导热和承载电池的底 2, 形成浅槽形构造 ;设置于壁 1 上的多个散热翅片 3、用于紧固元件 10 连接的多个安装孔 4、和用于通过蓄电池电连接部件的通道 5,优选的通道 5 可在底 2 的边缘分散布置多个。
具体地,如图 1 所示,壳体 7 具有主要承载受力的壁 1,壁 1 为电池的主要承载 受力和围护的结构,截面尺寸较为宽大,壁 1 的外表面同时具有较大的散热面积,散热 能力很强 ;夹持蓄电池及导热的底 2,蓄电池紧贴其上 ;底 2 为导热和电池承载的结构, 根据散热要求、电池性能、结构强度、使用材料等因素确定其厚度,显然底 2 边缘上可 加工出凸起,以辅助承载电池 ;根据蓄电池的温度场分布,在壁 1 的适当位置设置散热 翅片 3 ;用来与固定元件连接的安装孔 4 ;通道 5 用来通过单体蓄电池的电连接零部件, 如蓄电池的极耳、连接排等,通道 5 还具有连通相邻壳体内部空间,在电池箱内部压力 异常时导通压力气体之用。 由于单体蓄电池均有承载的结构壁 1 和底 2,固定可靠,因此可水平或竖直等任 意角度叠放 ;扩大了应用范围,车辆布置更加方便。 同时因为每个单体蓄电池均有单独 的承载结构壁 1 和底 2,电池箱能够适应较大的加速度和减速度。 当然,根据车辆空间布 置及散热、结构等使用要求,亦可将多个单体蓄电池同时安装于同一个壳体内。
由于蓄电池在使用过程中会散发热量,因此壳体 7 最好由导热材料加工制成。 壁 1 为该本发明的电池箱的主要承载受力和围护的结构,因此其截面尺寸较宽,同时这 还使得壁 1 具有较大的散热面积,散热能力很强 ;底 2 主要起到承载蓄电池和导热的作 用,可以根据散热要求、电池性能、结构强度、使用材料等因素确定其厚度,在底 2 上 还可以设置凸起辅助承载蓄电池。
另外,蓄电池在使用过程中可能因某种故障或损坏而漏电,而车体通常是由导 电材料制成的,因此蓄电池漏电会给驾驶员和乘客带来很大的危险,必须采取措施消除 这一危险。 本发明的电池箱在壳体 7 的内壁、以及壳体 7 与蓄电池的接触部位覆盖有绝缘 层 13。 这样可以使蓄电池和车体之间相互绝缘。 绝缘层 13 可以由任意一种符合要求的 绝缘材料制成,例如橡胶、硬塑料、木材或陶瓷等等。 作为优选,绝缘层 13 具有弹性, 例如绝缘层 13 由硅橡胶、氟橡胶、氯丁橡胶、聚氯乙烯、丁苯橡胶、聚四氟乙烯、聚酰 胺等材料制成。 具有弹性的绝缘层 13 能对电池箱内的蓄电池起到一定的保护作用,即具 有防振的作用 ;同时可以一定程度上吸收壳体、蓄电池生产加工的偏差。
此外,为了进一步提高壳体 7 的散热能力,还可以在壳体 7 的壁 1 上设置多个散 热翅片 3。 其中,散热翅片 3 可以设置在壳体 7 顶部和 / 或底部的外表面上,并位于安装 孔 4 之间 ;还可以设置在壳体 7 左侧和 / 或右侧的外表面上,并位于安装孔 4 之间。 作 为优选,散热翅片 3 的位置根据蓄电池的温度场来确定,即设置在蓄电池的温度场的高 温位置处。 在高温环境下 ( 室外 35℃ ),蓄电池大倍率充放电时,通过往电池箱表面吹 风,或者将吹风和喷淋水相结合来降温,即可达到良好的冷却效果。 这使得本发明所提
供的全封闭叠层电池箱具有更广泛的应用范围。
通道 5 位于与蓄电池的端子或电连接部件相对应的位置,以便通过蓄电池的端 子或电连接部件,这样可以使得本发明的电池箱方便的连接多个蓄电池。 此外,通道 5 还连通了相邻壳体 7 的内部空间,在电池箱内部压力出现异常时起到导通压力气体和平 衡气压的作用。
如图 2 所示,图 2 为本发明的全封闭叠层电池箱的壳体的截面图。 作为本发明 的一种优选的实施方式,在本发明的电池箱中,在蓄电池与壁 1 之间留有排放空间以供 蓄电池异常排放,该排放空间通过通道 5 与相邻壳体 7 的空间相连通。 通过留有排放空 间可以起到导通压力气体的作用。 同时还可以在底 2 的边缘分散设置有至少两个用于排 放气体的通道,这些排放气体的通道分别导通相邻壳体壁 1 与蓄电池之间的排放空间, 形成多个流通路径。 该排放气体的通道可以是各种形状,如圆孔、方孔等。 通过设置这 些排放气体的通道能够更加可靠地平衡及导通压力气体,当电池箱内某个单体蓄电池因 故排放气体时,能够顺利的将压力气体排出。
请注意图 2 所示蓄电池和壳体 7 的相对位置关系,蓄电池紧贴底 2,且蓄电池与 壁 1 之间预留了空间,以供蓄电池异常排放,该空间通过通道 5 与相邻壳体的空间相连 通。 优选地,可将多个通道 5 分散布置在底 2 边缘,分别导通相邻壳体壁 1 与蓄电 池之间的空间,形成多个流通路径 ;如电池箱受到猛烈碰撞,蓄电池因位移遮挡某个通 道 ;分散布置可在位移相反方向保留部分通道,能够可靠地保证排放通畅。
作为进一步优选,用于排放气体的通道分散设置在底 2 的两端。 这样,当电池 箱受到猛烈碰撞时,蓄电池因移动遮挡了其中一个通道,而分散设置在与移动相反的方 向的通道仍保持畅通,能够可靠地对压力气体进行排放,同时不至于过多的影响底 2 的 导热路径和导热面积。
如图 5 所示,图 5 为本发明的全封闭叠层电池箱的壳体检测导线及绝缘布置示意 图。 作为本发明的另一种优选的实施方式,本发明的电池箱的壳体 7 还包括检测导线 11 和塑胶塞 12,塑胶塞 12 与壳体 7 螺纹连接,检测导线 11 穿过塑胶塞 12,检测导线 11 与 塑胶塞 12 之间填充有密封胶,螺纹连接处使用密封胶或填料密封。 用于电压检测时,检 测导线 11 穿过塑胶塞 12,剥落绝缘层的导线与蓄电池组的端子连接,检测导线与塑胶塞 12 间填充密封胶做密封处理,塑胶塞 12 与壳体 7 螺纹连接,螺纹处使用密封胶或填料密 封 ;绝缘层 13 将铝框和蓄电池隔离开,可以提高电池箱的绝缘性能。绝缘层 13 有弹性、 导热、且不可燃。
温度传感器 14 安装在蓄电池与壁 1 之间预留了空间中,连接线同样通过塑胶塞 12 引出 ;检测导线 11 可以是温度传感器连接线,与温度传感器 14 连接,以实现测量电 池箱内的温度的目的。 如果壳体使用了导热性能优良的铝加工,也可以将温度传感器固 定连接在壳体 7 上,这样更加方便。 通过设置温度传感器 14,可以准确测量电池箱内的 温度,并根据所测量的温度确定是否需要对电池箱进行降温或加热,使得蓄电池始终处 于适宜的工作环境中。
作为本发明的一种优选的实施方式,压力释放装置 15,所述压力释放装置 15 设 置于两端挡板 8 上,压力释放装置 15 与所述排放空间相通。
如图 6 所示,图 6 为本发明的全封闭叠层电池箱的蓄电池组的端子和压力释放装 置的示意图。 端子 9 和压力释放装置 15 安装在挡板 8 上,挡板 8 与壳体 7 连接在一起。 通道 5( 图中未显示,见图 1) 将壳体 7 内部空间连在一起,当壳体内压力异常增加时, 压力释放装置 15 开启,排出高压气体 ;压力释放装置可以是安全阀、活门、爆破片装置 等。 爆破片装置在压力作用下能够破裂或破碎 ;而活门由电池箱内的压力气体打开,待 排除压力气体后可以重新关闭。 压力释放装置 15 应根据蓄电池的性能具备恰当、充足的 泄压能力。
从图 6 可以看出,设置在挡板 8 上的端子 9 与电池箱内的蓄电池的端子或电连接 部件连接,具体地,端子 9 与箱内的蓄电池极耳连接,并通过护罩 16 安装在挡板 8 上。 其中,护罩 16 由绝缘材料加工制成,如聚四氟乙烯等,并且护罩 16 与挡板 8 之间螺装并 作防水处理,如涂布密封胶等。 端子 9 预留焊接电缆的孔,电缆在该孔内与端子焊连, 电缆穿过护罩 16 连接其他电池箱或用电设备。 电缆与护罩 16 间同样做防水处理,如封 胶等。 这样,即便把电池箱浸入水中,也可正常使用。
使用金属外壳,且连续覆盖在蓄电池外表面 ;能够使蓄电池组获得优异的电磁 兼容性能。 由于蓄电池安装空间完全密封,可在电池箱两端的挡板上安装压力传感器 ( 未 示出 ),作为被动安全检测手段,压力传感器与所述排放空间相通。当箱内气压出现异常 波动时,输出报警信号,避免了目前使用的烟雾报警器作为被动安全检测手段的漏报和 误报。
另一方面,在低温环境下,蓄电池的电性能会变得较差,甚至不能正常工作。 而我国的北方特别是东北地区的冬天十分寒冷,在这种低温环境下,蓄电池可能完全无 法工作,特别是在最初启动的时候。 这将限制电动汽车在上述地区的使用。 因此,作为 本发明的一种优选实施方式,在壳体 7 外连接有发热元件,以保证电池在低温环境下使 用。 其中发热元件可以是包覆电热膜、电热毯等。 通过该发热元件可以在蓄电池工作前 或工作中给蓄电池提供必要的热量,发热元件散发的热量通过壳体 7 传导给蓄电池,使 蓄电池处于适宜的工作环境中。 也就是说,通过在壳体 7 外连接有发热元件,可以使电 动汽车在各种区域、各种温度环境下正常行驶,扩大了电动汽车的使用范围。
用于电动汽车的蓄电池通常具有较大的重量,为了更好的承载蓄电池,本发明 的电池箱的壳体 7 和挡板 8 最好使用金属铝、钢、铜等金属材料,或者其它能满足刚度、 强度、导热能力要求的非金属材料加工制成。 当壳体 7 和挡板 8 由金属材料加工制成时, 由于本发明的电池箱是全封闭的,因此在蓄电池的外表面连续覆盖着金属材料,这能够 使蓄电池组获得优异的电磁兼容性能。
优选地,壳体 7 和挡板 8 由金属铝加工制成。 这是因为金属铝具有密度小、便 于加工和导热能力较强等优点,可以采用压铸、模锻、拉伸、挤压、冲压等工艺对其进 行加工。 由于金属铝可以采用模具进行加工,因此具有良好的一致性,便于批量生产及 使用,易于控制质量和标准化,有利于提高电池箱的重量能量密度。
如图 7 所示,图 7 为本发明的全封闭叠层电池箱的一个实施例的装配示意图。 由图 7 可以看出,本发明的电池箱还包括电气箱 17、视窗 18、低压电连接器 19、锁止机 构 20 以及高压电连接器 21。 其中,壳体 7 以及两端的挡板 8 组成电池箱的主体,壳体
7 顺序排列,壳体内安装蓄电池,蓄电池的极耳通过通道 5 按规则连接 ;挡板 8 在两端各 1 件,两列壳体 7 共用 1 块挡板 8 ;由紧固元件 10 串起并夹紧壳体 7 和挡板 8。 壳体之 间、壳体和挡板间使用 O 型圈密封,亦可涂抹密封胶、填充其他密封材料。 以上元素构 成蓄电池模块。
电气箱 17 内安装附属电气装置及配电元器件。 如蓄电池管理器、保险、电连接 器、断路器等。
视窗 18 用于检查蓄电池管理器的指示灯、显示器,方便了解蓄电池的工作状 态。
低压电连接器 19 用于连接温度传感器连接线、电压采集连接线等,同时可与整 车通讯,可防水。
锁止机构 20,能够使电池箱可靠、方便的与车辆结合及分离。
高压电连接器 21 具有插接结构或平面接触结构,可方便的结合、断开高压电 路,以配合电池箱与车辆的结合分离。
本例电池箱对蓄电池提供了理论上高达 IP67 的防护等级,因蓄电池有充足、均 匀的导热通道、及较大散热面积,其蓄电池温升低。 高温环境下 ( 室外 35° ) 大倍率充 放电时,往电池箱表面吹风甚至结合吹风喷洒水降温,可达到良好的冷却效果 ;壳体与 蓄电池接触部位覆盖绝缘材料,绝缘性能可满足 GB/T 18384.1 中 6.1 款绝缘要求。
本发明不仅适用于电动汽车领域,也适合移动设备、野外作业设备领域及其他 水陆交通运输工具领域。
需要声明的是,上述发明内容及具体实施方式意在证明本发明所提供技术方案 的实际应用,不应解释为对本发明保护范围的限定。 本领域技术人员在本发明的精神和 原理内,当可作各种修改、等同替换、或改进。 本发明的保护范围以所附权利要求书为 准。