一種圓環(huán)體動(dòng)力電池組的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及動(dòng)力鋰離子電池組及其應(yīng)用領(lǐng)域，尤其涉及一種可為電動(dòng)汽車(chē)提供能 量的動(dòng)力電池組。
【背景技術(shù)】
[0002] 電動(dòng)汽車(chē)作為一種清潔、高效和可持續(xù)的交通工具，代表著未來(lái)汽車(chē)的重要發(fā)展 方向。在電動(dòng)汽車(chē)中，最為核心的就是為車(chē)輛提供動(dòng)力來(lái)源的動(dòng)力電池組。鋰離子電池由 于其能量密度和功率密度高成為電動(dòng)車(chē)輛的首選電源。目前，無(wú)論動(dòng)力電池單體的形狀如 何(例如：方形或圓柱形)，由電池單體串并聯(lián)后的電池組一般均呈長(zhǎng)方體形狀，如中國(guó)專(zhuān)利 CN101719567A發(fā)明的一種動(dòng)力電池，多個(gè)方形動(dòng)力電池單體相互層疊排列成為長(zhǎng)方體動(dòng) 力電池組的主體；或者，中國(guó)專(zhuān)利號(hào)CN102208573A發(fā)明的一種動(dòng)力電池組排列連接組裝結(jié) 構(gòu)，多個(gè)圓柱形動(dòng)力電池單體采用交錯(cuò)互補(bǔ)的方式排列形成長(zhǎng)方體狀的動(dòng)力電池組。
[0003] 長(zhǎng)方體形狀的動(dòng)力電池組與外界接觸的面基本都是平面，在結(jié)構(gòu)外形上存在直角 形夾角，這種結(jié)構(gòu)受到外力沖撞后容易破壞變形；另外，當(dāng)電池組受到外力強(qiáng)烈沖擊時(shí)，電 池單體的層疊平行排列方式也容易讓多個(gè)電池單體遭受同向沖擊，導(dǎo)致電池單體之間相互 擠壓，增加了電池組的事故風(fēng)險(xiǎn)。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]為解決上述問(wèn)題，本發(fā)明提供一種電池箱為空心圓環(huán)體形狀以及電池模塊向心排 列的動(dòng)力電池組，這種特殊的圓環(huán)體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)及向心排列方式能有效降低外界應(yīng)力對(duì)動(dòng)力 電池組的沖擊破壞，提高動(dòng)力電池組的應(yīng)用安全性。
[0005] 本發(fā)明采用以下技術(shù)方案：
[0006] 本發(fā)明涉及一種圓環(huán)體動(dòng)力電池組。在幾何體定義上，圓環(huán)體可以看作是由圓P 繞主軸Z旋轉(zhuǎn)一周得到，如圖1所示。其中，圓P稱(chēng)為圓環(huán)體的小圓，圓P圓心的運(yùn)動(dòng)軌跡 圓Q稱(chēng)為圓環(huán)體的大圓，小圓和大圓的半徑分別為r(副半徑）和R(主半徑)，并且R>r> 0〇
[0007] 在本發(fā)明中，我們進(jìn)一步定義：圓P上距離主軸Z最近一點(diǎn)的運(yùn)動(dòng)軌跡圓M稱(chēng)為圓 環(huán)體的內(nèi)環(huán)圓，圓P上距離主軸Z最遠(yuǎn)一點(diǎn)的運(yùn)動(dòng)軌跡圓N稱(chēng)為圓環(huán)體的外環(huán)圓，圓Q的圓 心即為主軸Z的軸心0;定義內(nèi)環(huán)圓的直徑為圓環(huán)體的內(nèi)徑d= 2X(R-r)，定義外環(huán)圓的直 徑為圓環(huán)體的外徑D= 2X(R+r)，定義小圓P的直徑為圓環(huán)體的高度H=2Xr。
[0008] 本發(fā)明提供一種動(dòng)力電池組，特別的，本發(fā)明動(dòng)力電池組呈圓環(huán)體狀，其中圓環(huán)體 的內(nèi)徑d為10~80cm，優(yōu)選30~60cm，外徑D為60~200cm，優(yōu)選100~150cm，高度H為 30~80cm，優(yōu)選35~55cm。該動(dòng)力電池組包括：電池箱、電池模塊和隔離加強(qiáng)板，其中若 干個(gè)電池模塊位于電池箱內(nèi)，相鄰兩個(gè)電池模塊之間設(shè)有一個(gè)隔離加強(qiáng)板，其特征在于：
[0009] 所述電池箱呈空心圓環(huán)體形狀，包括上箱體、下箱體、外環(huán)加強(qiáng)筋和內(nèi)環(huán)加強(qiáng)筋； 其中，外環(huán)加強(qiáng)筋位于圓環(huán)體狀電池箱的外環(huán)圓位置，內(nèi)環(huán)加強(qiáng)筋位于圓環(huán)體狀電池箱的 內(nèi)環(huán)圓位置，上箱體和下箱體通過(guò)螺栓固定連接在外環(huán)加強(qiáng)筋和內(nèi)環(huán)加強(qiáng)筋上，構(gòu)成具有 空心圓環(huán)體形狀的電池箱結(jié)構(gòu)；所述上箱體、下箱體材料為高強(qiáng)鋁合金、高強(qiáng)鋼合金或高強(qiáng) 聚合物材料中的一種或幾種，壁厚為〇. 5~5mm;所述加強(qiáng)筋材料為高強(qiáng)鋼合金、高強(qiáng)鎳合 金或高強(qiáng)鈦合金材料中的一種；
[0010] 所述若干個(gè)電池模塊圍繞圓環(huán)體狀電池箱的主軸向心排列；電池模塊包括圓形的 電池單體和包裹在圓形電池單體邊緣的絕緣卡套，電池模塊的軸向方向與電池單體的軸向 方向一致，并垂直于所述電池單體的圓形表面，所述電池模塊的軸向方向與圓環(huán)體電池箱 的主軸方向垂直。
[0011] 根據(jù)本發(fā)明，上述圓環(huán)體電池箱的上箱體和下箱體呈空心結(jié)構(gòu)的半圓環(huán)體形狀， 邊緣有翻邊，上箱體和下箱體組合在一起構(gòu)成空心結(jié)構(gòu)圓環(huán)殼體；上述圓環(huán)體電池箱的外 環(huán)加強(qiáng)筋和內(nèi)環(huán)加強(qiáng)筋為圓環(huán)狀，分別位于所述空心結(jié)構(gòu)圓環(huán)殼體的外環(huán)圓和內(nèi)環(huán)圓位 置。外環(huán)加強(qiáng)筋和內(nèi)環(huán)加強(qiáng)筋的內(nèi)側(cè)和外側(cè)的徑向方向均設(shè)置有水平凸臺(tái)，上、下箱體通過(guò) 其翻邊分別固定在外環(huán)加強(qiáng)筋的內(nèi)側(cè)凸臺(tái)和內(nèi)環(huán)加強(qiáng)筋的外側(cè)凸臺(tái)上，形成具有空心結(jié)構(gòu) 的圓環(huán)體狀電池箱。所述上、下箱體與加強(qiáng)筋的連接方式包括：卡接、超聲波焊接、熱熔焊接 或者螺栓密封圈等。進(jìn)一步，電池箱外環(huán)加強(qiáng)筋的外側(cè)凸臺(tái)和內(nèi)環(huán)加強(qiáng)筋的內(nèi)側(cè)凸臺(tái)分別 與電動(dòng)車(chē)輛放置動(dòng)力電池組的機(jī)械結(jié)構(gòu)固定連接，固定連接方式采用焊接、卡接或者螺栓 連接等方式。所述上箱體、下箱體材料為高強(qiáng)鋁合金、高強(qiáng)鋼合金或高強(qiáng)聚合物材料中的一 種或幾種，壁厚為0. 5~5mm;加強(qiáng)筋為高強(qiáng)鋼合金、高強(qiáng)鎳合金或高強(qiáng)鈦合金材料中的一 種。
[0012] 進(jìn)一步地，電池箱的上、下箱體設(shè)有導(dǎo)線穿出用通孔、低壓線束連接端口和注液 孔。其中，兩個(gè)導(dǎo)線穿出用通孔分別為動(dòng)力電池組的正、負(fù)極引出端口，低壓線束連接端口 為動(dòng)力電池組與電池管理系統(tǒng)電氣連接口，注液孔為向電池箱內(nèi)注入絕緣液的端口。
[0013] 與立方體狀、T形狀、平板狀、圓柱體狀或空心圓柱體形狀的動(dòng)力電池組相比，這種 圓環(huán)體形狀的電池箱結(jié)構(gòu)，與外界接觸面為曲面形狀，因此可以在很大程度上降低外界應(yīng) 力對(duì)于動(dòng)力電池組的沖擊破壞。
[0014] 進(jìn)一步地，在上述空心圓環(huán)體狀的電池箱內(nèi)，放置有若干個(gè)電池模塊。
[0015] 所述電池模塊包括圓形的電池單體和包裹在電池單體邊緣的絕緣卡套。所述電 池單體的直徑與厚度比大于1，比值優(yōu)選為5~20,并且電池直徑8~75cm，優(yōu)選為10~ 50cm，電池厚度0. 5~16cm，優(yōu)選為1~8cm。所述電池單體的兩個(gè)圓形表面分別為電池的 正極表面和負(fù)極表面，并分別有正、負(fù)極端子引出。所述電池模塊的軸向方向與電池單體的 軸向方向一致，并垂直于所述電池單體的圓形表面。進(jìn)一步，所述電池單體優(yōu)選為中國(guó)專(zhuān) 利201310512781.8中所描述的高電壓動(dòng)力電池，該動(dòng)力電池包括：電芯、彈性墊片、電池凹 座、電池蓋、絕緣殼和柔性集流線。其中，電芯由兩個(gè)或兩個(gè)以上的電池單元疊加組成，優(yōu)選 疊加數(shù)量為8~160個(gè)，每個(gè)電池單元由兩個(gè)圓形雙極性電極片上下疊加組成，且在相鄰的 兩個(gè)雙極性電極片之間設(shè)有至少一層的隔離層，防止電池單元內(nèi)部短路。電池凹座與電池 蓋配套組成電池殼，電芯的上下表面分別粘接有彈性墊片，且電芯與彈性墊片置于電池殼 內(nèi)部，絕緣殼將整個(gè)電池殼外部密封，正、負(fù)極柔性集流線分別固定連接在電池殼的上、下 表面，并穿過(guò)絕緣殼引出，引出的動(dòng)力電池正、負(fù)極端子與外界相連。
[0016] 進(jìn)一步地，上述電池單體引出的正、負(fù)極端子分別與電池箱內(nèi)的正、負(fù)極匯流線電 連接，正、負(fù)極匯流線分別通過(guò)電池箱上的導(dǎo)線穿出用通孔引出，形成該動(dòng)力電池組的正極 和負(fù)極。所述正、負(fù)極匯流線為銅線、鍍鎳銅線或者鍍銀銅線，絕緣特性好，耐高溫。
[0017] 所述絕緣卡套的截面形狀呈"U"字形，絕緣卡套將圓形電池單體的邊緣部位包裹， 絕緣卡套內(nèi)襯的形狀與電池單體邊緣部位外形匹配，并與電池直接接觸，內(nèi)襯材料為聚丙 烯、聚乙烯、熱固性樹(shù)脂或絕緣橡膠中的一種或幾種，厚度為0. 5~3mm，具有絕緣減震的作 用；絕緣卡套的外襯材料為高強(qiáng)度合金鋼，厚度為1~5mm，用于固定和保護(hù)電池單體。上 述電池模塊通過(guò)絕緣卡套機(jī)械鎖緊固定連接在外環(huán)加強(qiáng)筋的內(nèi)側(cè)凸臺(tái)和內(nèi)環(huán)加強(qiáng)筋的外 側(cè)凸臺(tái)上，并且，電池模塊與加強(qiáng)筋之間設(shè)有減震墊片。加強(qiáng)筋對(duì)電池模塊具有一定的防護(hù) 作用，同時(shí)，各個(gè)電池模塊相互獨(dú)立固定，不會(huì)因某個(gè)電池模塊出現(xiàn)松動(dòng)、脫落而影響其它 電池模塊的狀態(tài)。
[0018] 進(jìn)一步地，所述電池模塊繞圓環(huán)體電池箱的主軸向心排列，并且電池模塊的軸向 方向與圓環(huán)體電池箱的主軸方向垂直。電池模塊的向心排列方式能夠有效降低電池模塊的 圓形電極表面直接受力的風(fēng)險(xiǎn)，而且這種排列方式不存在直角形夾角，使電池模塊受力均 勻，提高了電池模塊的安全性。
[0019] 在圓環(huán)體電池箱內(nèi)，相鄰兩個(gè)電池模塊之間設(shè)有一個(gè)隔離加強(qiáng)板，隔離加強(qiáng)板與 電池模塊一起圍繞圓環(huán)體狀電池箱的主軸向心排列；所述隔離加強(qiáng)板呈圓形體，厚度為 2~10mm，直徑與電池模塊的直徑一致，圍繞圓環(huán)體電池箱的主軸向心排列，圓形隔離加強(qiáng) 板的軸向方向與圓環(huán)體電池箱的主軸方向垂直；隔離加強(qiáng)板中直徑方向設(shè)置有加強(qiáng)骨架， 隔離加強(qiáng)板通過(guò)加強(qiáng)骨架固定在外環(huán)加強(qiáng)筋的內(nèi)側(cè)凸臺(tái)和內(nèi)環(huán)加強(qiáng)筋的外側(cè)凸臺(tái)上。加強(qiáng) 骨架材料為高強(qiáng)鋼合金、高強(qiáng)鎳合金或高強(qiáng)鈦合金材料中的一種。同時(shí)，隔離加強(qiáng)板內(nèi)填充 有石棉等質(zhì)輕絕緣耐高溫材料，起到隔熱保溫的作用。
[0020] 進(jìn)一步地，每個(gè)隔離加強(qiáng)板包含有加熱模塊。所述加熱模塊為PTC加熱元件或硅 膠加熱板等，加熱模塊固定在隔離加強(qiáng)板的表面，當(dāng)電池管理系統(tǒng)檢測(cè)到某個(gè)或者多個(gè)電 池模塊溫度低于標(biāo)準(zhǔn)溫度時(shí)，可以通過(guò)控制電路對(duì)電池模塊加熱，實(shí)現(xiàn)動(dòng)力電池組內(nèi)各電 池模塊溫度的可控調(diào)節(jié)。
[0021] 進(jìn)一步地，所述電池箱內(nèi)的空隙處均浸滿絕緣液，絕緣液為硅油、FR3絕緣油或石 蠟中的一種或幾種。當(dāng)動(dòng)力電池組因遭受劇烈碰撞而導(dǎo)致電池單體破損時(shí)，具有絕緣特性 的液體可以將電池單體破損處覆蓋，在很大程度上能夠防止或減緩電池漏液、燃燒或爆炸； 而且，絕緣液導(dǎo)熱特性較好，能夠保證電池模塊的受熱一致性。
[0022] 根據(jù)本發(fā)明，圓環(huán)體動(dòng)力電池組的內(nèi)環(huán)圓中空部位（圓環(huán)體電池箱的主軸位置附 近）可以放置該動(dòng)力電池組的電池管理系統(tǒng)，圓環(huán)體動(dòng)力電池組通過(guò)低壓線束連接端口與 電池管理系統(tǒng)相連接。電池管理系統(tǒng)放置在圓環(huán)體動(dòng)力電池組的中心部位，可以有效避免 電池管理系統(tǒng)受到外界的機(jī)械破壞，并且，可以充分利用圓環(huán)體動(dòng)力電池組的空間結(jié)構(gòu)優(yōu) 勢(shì)，整體上提高了電池系統(tǒng)的空間利用率。
[0023] 本發(fā)明的技術(shù)優(yōu)勢(shì)體現(xiàn)在：
[0024] 1)圓環(huán)體形狀的電池箱與外界的接觸面為曲面形狀，可以在很大程度上降低外界 應(yīng)力的沖擊破壞風(fēng)險(xiǎn)；并且，在電池箱的外環(huán)圓和內(nèi)環(huán)圓位置上設(shè)置有加強(qiáng)筋，對(duì)電池箱內(nèi) 部電池模塊具有很好的防護(hù)作用；
[0025] 2)圓形電池模塊固定在圓環(huán)體形狀的電池箱內(nèi)，圍繞圓環(huán)體電池箱的主軸向心排 列，且電池模塊的軸向方向與圓環(huán)體電池箱的主軸方向垂直，這種向心排列方式能夠有效 降低電池模塊的電極表面直接受力的風(fēng)險(xiǎn)；并且，這種排列方式不存在直角形夾角，電池模 塊受力均勻，有效地提高了電池模塊的應(yīng)用安全性；
[0026] 3)在相鄰電池模塊之間設(shè)置有隔離加強(qiáng)板，隔離加強(qiáng)板將電池模塊分隔，保證電 池模塊相互之間的獨(dú)立性，隔離加強(qiáng)板內(nèi)置有加強(qiáng)骨架，加強(qiáng)骨架具有一定的剛度，呈輻射 狀機(jī)械緊固連接在外環(huán)加強(qiáng)筋和內(nèi)環(huán)加強(qiáng)筋上，能夠有效抵抗來(lái)自外界的沖擊力，降低電 池模塊受擠壓破壞的風(fēng)險(xiǎn)，提高了動(dòng)力電池組的應(yīng)用安全性。
【附圖說(shuō)明】
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