CN101908638B - 用于电动汽车的新结构电池及相应的电动汽车结构 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种用于电动汽车的新结构电池及相应的电动汽车结构。所述新结构电池是复极式金属离子电池组，每台汽车根据其空间采用1-4个所述电池组，每个电池组包括串联连接的1-6台电池，每台电池包括10至300个复极式电极对，每个电池组共用一个外壳，所述电池组的三维尺寸根据汽车中的安放空间而定，电池组的内部电极相互平行排列，相对于汽车底盘的角度为0到90度。本发明还提供一种采用上述新结构电池的电动汽车结构，其中电动汽车的主动车轮由安装在车轮附近的电动机驱动，取消中央传动系统，由此使电动汽车具有较大而完整的空间来安放大容量蓄电池而不影响有效服务空间，蓄电池的安装和拆卸也较方便。

Description

用于电动汽车的新结构电池及相应的电动汽车结构

技术领域

本申请涉及用于电动汽车的新结构电池及相应的电动汽车结构。

背景技术

为了减少污染并节油，电动汽车成为代替内燃机驱动的普通汽车的主要选择，以蓄电池为能源的电动汽车是当前最容易实现的电动汽车。以磷酸铁锂电池为代表的金属离子电池系列蓄电池是现在最合用的，因为它们具有目前最优的能量密度和多次充电性能。但是现有的电动汽车的蓄电池结构和相应的电动汽车的结构都因为沿用传统理念而不尽合理，所以难以达到高效实用和经济方便的效果，由此制造的电动汽车的性能与主流普通汽车有较大差距，维持经常运行的难度很大，其发展前途有限。

丰田汽车公司的混合动力汽车的电动动力不到全部动力的十分之一，根本不能算作电动汽车。其他混合动力汽车的情况也类似。高尔夫车用旧式蓄电池驱动，车辆的绝大部分空间被蓄电池占用，服务用空间太小，性能低下，也不能算作电动汽车。中国专利申请200710119118公开了用磷酸铁锂电池和电动机驱动的一种电动汽车，其磷酸铁锂电池为单极式，即每台电池只有一组阳极和一组阴极构成一台电池，需用多台电池才能有足够能量，因而能力小而占用空间大，使得汽车性能不高。中国专利申请200710146016提出金属离子电池的电极要直立排列，高度大于长度和宽度才安全，使得电池结构和外形受到限制。中国比亚迪公司在2008年的产品目录中列出了200安时72伏的复极式磷酸铁锂电池。复极式是在一台电池内有多组阳极和相应的多组阴极，形成多个电极组，本组阳极和下一组的阴极在电池内直接串联。各组电极相互串联后，可使单台电池的电压高和容量大，比多台单极式电池串联的体积小，提高了能量密度。但其电极为对地垂直排列，高度不小于长度和宽度，使其安放位置受到限制。这种电池用于电动汽车时，电池因高度原因而只能放在汽车前部，而且因高度受 到限制而使单台电池的容量不大，为得到大容量需要安装多台电池而多占空间。比亚迪公司制造的电动汽车的结构类似普通汽车，采用与普通汽车相同的中央传动系统，使得车上再也没有其他能放置动力电池的地方，整车的能力因安装的动力电池能力低而受到限制。而且电池不便安装和拆卸，只能在车上在位充电。

由于结构理念不当，蓄电池的各个主要元件虽然有相当水平，但难以组成适合电动汽车需要的大容量动力电池，使电动汽车因而难以具有良好的性能。电动汽车沿用普通汽车结构，使得在不影响供汽车服务目的用的有效使用空间时，难以再有空间来安放大容量的动力用蓄电池，使汽车性能难以改进。已经装上的蓄电池也因为受位置限制而难以装卸，只能在位充电。其后果是蓄电池难以在低谷电价时间大量充电，而只能根据汽车的使用情况来安排充电时间和地点，使充电装置的设置地点的安排也较困难。还将使得蓄电池难以集中管理和统一回收处理，报废蓄电池容易流失而产生污染。

因此需要改进蓄电池的结构。

各种蓄电池的基本结构和工作原理早已公开，金属离子电池系列蓄电池由金属离子化合物构成阳极，由能够接受金属离子放电生成金属复合物或金属离子复合物的物质构成阴极，阴极与阳极平行排列，二者中间放置金属离子化合物的溶液作电解液和多孔绝缘层作隔膜，周围用密封层密封以防止液体泄漏。充电时，由外界直流电源经阳极通入电流而使阳极的金属离子进入电解液，同时电解液中的金属离子进入阴极而生成金属复合物或金属离子复合物。充电后的蓄电池放电时，蓄电池与外界电路接通，阴极上的金属复合物或金属离子复合物成为金属离子进入电解液，同时电解液中的金属离子进入阳极又成为原来的化合物而输出直流电流。

由此可见，蓄电池的电量与金属离子化合物的量成正相关。根据电化学理论，充电和放电的电压对不同的离子有不同工作状况的理论值，但是还有与单位电极面积上通过的电流成正相关的过电压和电阻电压降，在实际充电时，使得所需用的外界电压增加，放电时，使电池实际工作电压较理论值降低，严重时可使电池难以工作。一组阳极和阴极构成的电池的工作电压只是低的个位数，必须多组串联才能得到驱动电动机所需电压。大 容量蓄电池必须由多组大面积的电极和大量有关物质构成，有相当大的体积和重量，较能量相同的油类大得多。电极的三维尺寸及排列方式是影响电池效率和减少内部可能发生的气体积累的重要因素，需要采取措施使其不利影响减到很小而不妨害电池的正常工作。

电动汽车所用动力蓄电池要有足够大的体积才能有足够大的容量，才能保证电动汽车具有优良的性能，因此蓄电池的大容量是对蓄电池的首要要求。因为汽车的重量由陆地承受而本身体积有限，所以对蓄电池占用的体积非常敏感，蓄电池应在汽车所能提供的空间中做到容量最大化，三维尺寸由此确定，电极的三维尺寸和排列方式必须服从此要求，由此产生的问题采用其他方法去处理。电动汽车如果采用与普通汽车相同的结构则除去专用于汽车服务目的的有效使用空间外，只有汽车前部才有少量空间，可供安放动力蓄电池，电池体积受安装空间限制而有限，因而电池容量也有限。

发明内容

本发明将用于电动汽车的蓄电池当做一种可再生的能源物质。

本发明提供一种新结构的用于电动汽车的复极式金属离子电池组，每台汽车根据其空间采用1-4个电池组，每个电池组包括串联连接的1-6台电池，每台电池包括10至300个复极式电极对，每个电池组共用一个外壳，所述外壳将各台电池固定成为一个整体，同时用于将电池组与汽车进行牢固可靠而又易于拆卸的连接；所述电池组的三维尺寸根据汽车中的安放空间而定，电池组的内部电极相互平行排列，相对于汽车底盘的角度为0到90度。

本发明的复极式金属离子电池选自磷酸铁锂电池、钴氧锂电池、锰氧锂电池、镍氧锂电池和镁离子电池。电极的导电骨架按电流分布要求布置，部分密封层可用疏液性材料制成的能透气而阻挡液体通过的微孔层来代替，形成阻液排气层，并可设置加压器使电解液的压力高于大气压，使气体不易积累。

本发明还提供一种新型的电动汽车结构，电动汽车的主动车轮由安装在车轮附近的电动机驱动，取消中央传动系统，从而增加汽车的前后部和底盘间可安装动力蓄电池及有关设施的空间，其中作为动力蓄电池使用本发明的复极式金属离子电池组，该电池组通过外壳与汽车其他部分进行牢固可靠而又易于拆卸的连接。。

本发明的新型电动汽车结构的底盘骨架可由1-3条纵梁和1-5条横梁组成，梁之间的空间用于安装动力蓄电池及配套设施，使得蓄电池有足够的容量并且容易安装和拆卸。

本发明的电动汽车的电动机的转速及其他工作参数均容易采用电子系统来进行控制，所以不需与普通汽车一样只适宜用一台放置于距离车轮较远的电动机来驱动，本发明中将电动机置于车轮附近去驱动车轮，可以取消中央传动系统，在底盘留出较大而完整的空间来安放大容量蓄电池及有关设施而不影响有效服务空间，蓄电池的安装和拆卸也较方便。

一般每辆车安装1-4个本发明的新结构电池组，各组电池交替使用以确保一组电池用净后汽车仍能正常行驶，并对使用者提示能源情况。用净后的电池组拆卸下来进行充电，并立即用充好电的其余周转用电池组替换。拆卸下来的电池组进行充电后再作为周转用电池组备用。

使用本发明的电动汽车具有如下优点：

1、全面具备普通汽车的性能，消除燃油污染。

2、便于大量采用电子控制系统，提高汽车性能。

3、可离位充电，便于在低谷电价时间充分充电，降低运行费用并减轻电网负担。

4、便于集中管理蓄电池，增加安全性并减少污染。

附图说明

图1为本发明的新结构电池单台正视剖面图。

图1中的编号1为终端阴极导电板；2为终端阴极；3为普通密封层；4为电解液；5为隔膜；6为复极式电极阳极；7为复极式电极阴极；8为终端阳极；9为终端阳极导电板；10为阻液排气层；11为加压器。

图2本发明的电动汽车结构的底盘骨架顶视图。

图2中的编号1为槽形左纵梁；2为汽车底板；3为工字形横梁；4为安装蓄电池的空间；5为槽形右纵梁。

具体实施方式

实施例1：新结构电池(A)的制备

将67组阳极和相应的阴极彼此串联，制备一个复极式磷酸铁锂电池组(A)，其中所述67组阳极和阴极构成具有一个外壳的1台电池，电池组总电量为600安培小时，工作电压为200伏。电池组的长、宽和高度分别为1.2米、1.0米和0.3米。

实施例2：新结构电池(B)的制备

将134组阳极和相应的阴极彼此串联，制备一个复极式磷酸铁锂电池组(B)，其中所述134组阳极和阴极构成由共用一个外壳的2台电池组成的电池组，电池组的总电量为300安培小时，工作电压为400伏。电池组的长、宽和高度分别为1.2米、1.0米和0.3米。

实施例3：新结构电池(C)的制备

将200组阳极和相应的阴极彼此串联，制备一个复极式磷酸铁锂电池组(C)，其中所述200组阳极和阴极构成由共用一个外壳的3台电池组成的电池组，电池组的总电量为200安培小时，工作电压为600伏。电池组的长、宽和高度分别为1.2米、1.0米和0.3米。

实施例4：新结构电池(D)的制备

将134组阳极和相应的阴极彼此串联，制备一台复极式磷酸铁锂电池组(D)，其中所述134组阳极和阴极构成由共用一个外壳的2台电池组成的电池组，电池的总电量为200安培小时，工作电压为400伏。电池组的长、宽和高度分别为1.0米、0.8米和0.3米。

实施例5：新结构电池在电动汽车上的模拟应用

四辆电动汽车分别安装两组实施例1-4制备的新结构电池组(A)-(D)，两组电池交替使用，结果列于下表1。

表1

Claims (6)

1.用于电动汽车的复极式金属离子电池组，每台汽车根据其空间采用1-4个所述电池组，每个电池组包括串联连接的1-6台电池，每台电池包括10至300个复极式电极对，其特征在于，每个电池组共用一个外壳，所述外壳将各台电池固定成为一个整体，同时用于将电池组与汽车进行牢固可靠而又易于拆卸的连接；所述电池组的三维尺寸根据汽车中的安放空间而定，电池组的内部电极相互平行排列，相对于汽车底盘的角度为0到90度；其中所述复极式金属离子电池的部分密封层用疏液性材料制成的能透气而阻挡液体通过的微孔层来代替，形成阻液排气层。

2.如权利要求1所述的用于电动汽车的复极式金属离子电池组，其中所述金属离子电池选自磷酸铁锂电池、钴氧锂电池、锰氧锂电池、镍氧锂电池和镁离子电池。

3.如权利要求1所述的用于电动汽车的复极式金属离子电池组，其中对所述复极式金属离子电池设置加压器，使电解液的压力高于大气压，使气体不易积累。

4.一种电动汽车结构，其特征在于电动汽车的主动车轮由安装在车轮附近的电动机驱动，取消中央传动系统，从而增加汽车的前后部和底盘间可安装动力蓄电池及有关设施的空间，其中作为动力蓄电池使用如权利要求1所述的复极式金属离子电池组，该电池组通过外壳与汽车进行牢固可靠而又易于拆卸的连接。

5.如权利要求4所述的电动汽车结构，其中汽车的底盘骨架由1-3条纵梁和1-5条横梁组成，梁之间的空间用于安装动力蓄电池及配套设施，使得蓄电池有足够的容量并且容易安装和拆卸。

6.如权利要求4所述的电动汽车结构，其特征在于每辆汽车采用1-4个如权利要求1所述的复极式金属离子电池组，各电池组交替使用。