CN104466054B - 电动汽车用锂离子动力电池包 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种电动汽车用锂离子动力电池包，包括：电池包箱体(1)、与所述电池包箱体(1)相对设置的电池包底板(2)、设于所述电池包箱体(1)内部的数个电池模块(3)、及设于所述电池包箱体(1)侧面并与所述电池模块(3)连接的接插件(6)，所述数个电池模块(3)中由若干电芯(32)组成，所述电池包内部及电池模块(3)内部均通过有机硅胶(7)进行填充，使内部结构更为合理，从而提高电动汽车用锂离子动力电池包的抗震性、防水防尘性能、电池模块温场的一致性、以及电芯的抗燃性等性能，延长电池包的使用寿命。

Description

电动汽车用锂离子动力电池包
技术领域
本发明涉及锂离子电池技术领域，尤其涉及一种电动汽车用锂离子动力电池包。
背景技术
随着环保概念的深入人心，纯电动汽车作为一种真正意义上的绿色环保汽车也必将成为汽车产业未来的发展趋势。长期以来，电动汽车的发展一直受限于电池成本高，寿命短这两个技术瓶颈。随着近年来技术的创新和改进，电池技术得到了飞速发展。动力电池也逐渐从传统的铅蓄电池发展到如今的镍氢电池、钴酸锂、锰酸锂、磷酸铁锂等先进的绿色动力电池。然而，虽然这些新型动力锂电池在性能上获得了极大提高，但这些性能上的提高往往是针对电芯的。在电动汽车上，动力电池需要以成组电池的形式工作，而现有成组电池在实际使用过程中新型电芯的优点往往会大打折扣。例如锂电芯的循环寿命是1500次，相当于电芯每天完全充放电，在理想状态下可以达到3-5年左右的使用寿命，已经与汽车的使用寿命相接近。但在实际电动车的使用中通过对成组电池的测试就会发现，成组电池的循环使用寿命往往会锐减到作为单体使用时的一半甚至更低。因此，如何提高电池成组的性能是电动汽车发展过程中的关键。
电池包结构的合理性、防水防尘性能、电池模块温场的一致性、以及电芯的抗燃性等都会影响成组电池的使用寿命，而现有电动汽车用锂离子动力电池包在这些方面的性能还有待提高。
发明内容
本发明的目的在于提供一种电动汽车用锂离子动力电池包，采用由碳纤维强化的不饱和树脂与玻璃纤维覆盖的镁铝合金复合材料制备的电池包箱体及碳纤维强化钛包镁铝合金底板，使电池包的外壳具有较高的强度与良好的导热性以及超强的抗腐蚀能力，并在电池包内部及电池模块内部填充有机硅胶，使内部结构更为合理，从而提高电动汽车用锂离子动力电池包的抗震性、防水防尘性能、电池模块温场的一致性、以及电芯的抗燃性等性能，延长电池包的使用寿命。
为实现上述目的，本发明提供一种电动汽车用锂离子动力电池包，包括：电池包箱体、与所述电池包箱体相对设置的电池包底板、设于所述电池包箱体内部的数个电池模块、及设于所述电池包箱体侧面并与所述电池模块连接的接插件，所述数个电池模块中由若干电芯组成，所述电池包内部及电池模块内部均通过有机硅胶进行填充。
所述电池包箱体呈壳体状，所述电池包箱体内部设有放置部，所述电池包箱体底面的边缘位置设有数个均匀分布的凸起部，所述电池包箱体侧面设有一镂空部，四周内壁设有数个均匀分布的连接部，所述数个连接部上分别设有螺纹孔，所述电池包底板上对应所述连接部的位置分别设有数个通孔。
所述电池包箱体的材料为碳纤维强化不饱和树脂与玻璃纤维覆盖的镁铝合金复合材料，所述电池包底板的材料为碳纤维强化钛包镁铝合金复合材料。
所述碳纤维增强钛包镁铝合金复合材料的制备过程中碳纤维表面改性的方法为气相沉积法或液钠法。
所述电池模块分成数列设于所述电池包箱体的放置部内部。
所述电池模块包括：电池模块外壳、设于所述电池模块外壳内部且设有数个容置部的支撑部、分别设于所述数个容置部内部的数个电芯、包覆于所述支撑部外围的导热部、及设于所述支撑部的端面上且与所述数个电芯相连接的铜排，所述数个容置部内部的数个电芯用有机硅胶填充。
所述数个电芯外部分别设有铝制外壳，一部分电芯的正极设有正极封口板，另一部分电芯的负极设有负极封口板，所述正极封口板与负极封口板分别与其对应的电芯的正极或负极电性连接，设有正极封口板的电芯与设有负极封口板的电芯在容置部中间隔设置，所述铜排将所述数个电芯的正极封口板及负极封口板相连接。
所述数个电芯通过铜排串联组成电池模块，所述数个电池模块并联组成电池包。
所述接插件采用防水设计。
本发明的有益效果：本发明的一种电动汽车用锂离子动力电池包，采用由碳纤维强化的不饱和树脂与玻璃纤维覆盖的镁铝合金复合材料制备的电池包箱体及碳纤维强化钛包镁铝合金底板，使电池包的外壳具有较高的强度与良好的导热性以及超强的抗腐蚀能力，并在电池包内部及电池模块内部填充有机硅胶，使内部结构更为合理，从而提高电动汽车用锂离子动力电池包的抗震性、防水防尘性能、电池模块温场的一致性、以及电芯的抗燃性等性能，延长电池包的使用寿命。
附图说明
下面结合附图，通过对本发明的具体实施方式详细描述，将使本发明的技术方案及其它有益效果显而易见。
附图中，
图1为本发明电动汽车用锂离子动力电池包的结构示意图；
图2为本发明电动汽车用锂离子动力电池包的电池包底板的结构示意图；
图3为本发明电动汽车用锂离子动力电池包的电池包箱体的结构示意图；
图4为本发明电动汽车用锂离子动力电池包的电池模块的结构示意图；
图5为本发明电动汽车用锂离子动力电池包电池模块的温场一致性测试温度图；
图6为本发明电动汽车用锂离子动力电池包的电池模块温场一致性测试温差图；
图7为本发明电动汽车用锂离子动力电池包的过充测试数据图；
图8为本发明电动汽车用锂离子动力电池包的循环寿命测试数据图。
具体实施方式
为更进一步阐述本发明所采取的技术手段极其效果，以下结合本发明的优选实施例极其附图进行详细描述。
请参阅图1，本发明提供一种电动汽车用锂离子动力电池包，包括电池包箱体1、与所述电池包箱体1相对设置的电池包底板2、设于所述电池包箱体1内部的数个电池模块3、及设于所述电池包箱体1侧面并与所述电池模块3连接的接插件6，所述数个电池模块3中由若干电芯32组成，所述电池包内部及电池模块3内部均通过有机硅胶7进行填充。
请同时参阅图1-3，所述电池包箱体1呈壳体状，所述电池包箱体1内部设有放置部11，用于容纳电池包的电池模块3，可以通过向电池包箱体1内部灌注有机硅胶7的方式进行封装，使电池模块3之间填充有机硅胶7，有机硅胶7固化后可以进行减震保护，以减轻电池包箱体1受冲击时对内部电池模块3的影响。所述电池包箱体1底面的边缘位置设有数个均匀分布的凸起部12，用以保证电池包箱体1在电动汽车中放置平稳。
所述电池包箱体1侧面设有一镂空部13，用于使连接于电池模块3的接插件6穿过，并延伸至电池包外部。所述电池包箱体1四周内壁设有数个均匀分布的连接部14，所述数个连接部14上分别设有螺纹孔15，所述电池包底板2上对应所述连接部14的位置分别设有数个通孔24，使用螺钉将所述电池包箱体1与电池包底板2固定在一起，从而实现对电池模块3的保护。
优选的，所述电池包箱体1的材料为碳纤维强化不饱和树脂与玻璃纤维覆盖的钛包镁铝合金复合材料，以增加电池包箱体1的强度与抗腐蚀能力。
优选的，所述电池包底板2的材料为碳纤维强化钛包镁铝合金复合材料，在增加强度的同时，实现导热的功能，将电池包长时间工作产生的热量及时散发，确保电池包的安全性。
所述碳纤维增强钛包镁铝合金复合材料的制备过程中碳纤维表面改性的方法为气相沉积法或液钠法。
如图1所示，在该较佳实施例中，所述电池模块3的数量为22个，分成4列设于所述电池包箱体1的放置部11内部。具体地，靠近电池包箱体1其中一侧的两列分别设置6个电池模块3，靠近电池包箱体1另一侧的两列分别设置5个电池模块3。接插件6设置在5个电池模块3所在两列的一端，并穿过电池包箱体1侧面的镂空部13，延伸至电池包箱体1外部。该接插件6为电连接器，可以根据电池包的工作电流的大小对其型号进行选择。其通过软铜牌或软电缆线61与电池模块3连接。该接插件6采用防水设计且可以实现快速插接与更换。优选的，该接插件6的IP等级为67。
请参阅图4，所述电池模块3包括电池模块外壳30、设于所述电池模块外壳30内部且设有24个容置部311的支撑部31、分别设于所述24个容置部311内部的24个电芯32、包覆于所述支撑部31外围的导热部33、及设于所述支撑部31的端面上且与所述24个电芯32相连接的铜排34。电池模块3的内部填充有机硅胶7,所述数个容置部311内部的数个电芯32用有机硅胶7填充。
具体地，所述24个电芯32外部分别设有铝制外壳320，一部分电芯的正极设有正极封口板321，另一部分电芯的负极设有负极封口板322，设有正极封口板321的电芯与设有负极封口板322的电芯在容置部311中间隔设置，且朝向一致，所述铜排34将所述数个电芯32的正极封口板321及负极封口板322相连接，所述电芯32的铝制外壳320中填充有机硅胶7。
进一步的，24个容置部311在支撑部31中分三层分布，每层8个。24个电芯32对应设于该24个容置部311中。优选的，所述电芯32为5.3Ah的波士顿电池Swing 5300。优选的，所述支撑部31的材料为塑料，所述导热部33的材料为铝。导热部33可以将电池模块3的热量导出，防止其过热。所述24个电芯32通过铜排34串联组成电池模块3，所述22个电池模块3通过软铜排(未示出)并联组成电池包。
所述电池模块3的两端分别设有一凸起部35与凹陷部36，电池模块外壳30的形状与其相适应。列与列之间的电池模块3首尾相接，通过凸起部35与凹陷部36之间的相嵌实现固定，所述22个电池模块3之间通过有机硅胶7进行填充，优选的，所述有机硅胶7的厚度为3mm。
有机硅胶7可在-50～220℃环境条件下长期保持弹性和机械性能，固化后硬度为45～50A，通过在电池模块3的空隙中灌注有机硅胶7，改变了传统电池包中电池模块3之间刚性接触的弊端，起到了缓冲的作用，减轻外部冲击对内部电池和元器件的影响，提高了电池包的抗震性能。
由于有机硅胶7具有较强的憎水性，因此电池包中填充有机硅胶7还可以达到保护内部电子元件免受水或水汽侵蚀的效果，提高电池包的防水防尘性能。
有机硅胶7固化后热传导系数为1.0W/M.K，是空气的40倍，因此可以保证电池包内部的温度一致，并可将热量由电池模块3上的导热部33排出。有机硅胶7还具有环境亲和性，固化过程中不会产生有毒有害物质，充分固化后的产物也对人无毒无害。
有机硅胶7在460℃下时会发生分解，并产生阻燃气体，当电池包处于极端环境时，有机硅胶7的耐高温性、及阻燃性可以延缓电池包燃烧爆炸的时间，从而提高电池包的安全性，减少因电池包燃烧爆炸造成的损失。此外，有机硅胶7具有与火箭防烧蚀涂层材料相同的分子结构，具备较强的耐腐蚀性，即使个别电芯32漏液也不会对其他电芯产生影响。有机硅胶7还具较高的电绝缘性，击穿电压为20kV/mm，可以有效对电池包进行绝缘保护。
图5与图6分别为对本发明的电动汽车用锂离子动力电池包的电池模块3进行温场一致性测试所得到温度图与温差图。具体地，在电池模块3中装入24个热源，模拟电池模块3以1C充放电时的发热情况，模拟发热时间为6小时，最终得到的温度图与温差图分别如图5与图6所示，在模拟发热过程中，电池模块3内的温度场非常均匀，温度差稳定在0～1℃，电池模块3的最大升温在10℃左右，因此本发明的电动汽车用锂离子动力电池的电池模块具有温场一致性。
图7为对本发明的电动汽车用锂离子动力电池包进行过充测试所得到的过充测试数据图。具体地，该测试中使用9颗波士顿电池Swing 5300电芯，分别用4C过充电至8V、12V和15V，测试过程中所有电芯均安全，没有出现泄压、燃烧或爆炸等现象。
图8为对本发明的电动汽车用锂离子动力电池包进行循环寿命测试所得到的循环寿命测试数据图。将本发明的电动汽车用锂离子动力电池包在循环测试仪上进行长期循环寿命测试，在40℃的高温环境下，测试全程中电池包表现正常，未出现异样，因此本发明的电动汽车用锂离子动力电池包满足循环寿命测试的要求。该测试所得到的循环寿命测试数据图如图8所示。
本发明的电动汽车用锂离子动力电池包可适用于当下市场上多种电动汽车车型，且与传统电动汽车用锂离子动力电池包相比，整包的能量密度可提高一倍，充满电后行驶里程可达使用原磷酸铁锂电池包时的两倍。
综上所述，本发明的一种电动汽车用锂离子动力电池包，采用由碳纤维强化的不饱和树脂与玻璃纤维覆盖的镁铝合金复合材料制备的电池包箱体及碳纤维强化钛包镁铝合金底板，使电池包的外壳具有较高的强度与良好的导热性以及超强的抗腐蚀能力，并在电池包内部及电池模块内部填充有机硅胶，使内部结构更为合理，从而提高电动汽车用锂离子动力电池包的抗震性、防水防尘性能、电池模块温场的一致性、以及电芯的抗燃性等性能，延长电池包的使用寿命。
以上所述，对于本领域的普通技术人员来说，可以根据本发明的技术方案和技术构思作出其他各种相应的改变和变形，而所有这些改变和变形都应属于本发明权利要求的保护范围。

Claims (7)

1.一种电动汽车用锂离子动力电池包，其特征在于，包括：电池包箱体(1)、与所述电池包箱体(1)相对设置的电池包底板(2)、设于所述电池包箱体(1)内部的数个电池模块(3)、及设于所述电池包箱体(1)侧面并与所述电池模块(3)连接的接插件(6)，所述数个电池模块(3)中由若干电芯(32)组成，所述电池包内部及电池模块(3)内部均通过有机硅胶(7)进行填充；
所述电池模块(3)包括：电池模块外壳(30)、设于所述电池模块外壳(30)内部且设有数个容置部(311)的支撑部(31)、分别设于所述数个容置部(311)内部的数个电芯(32)、包覆于所述支撑部(31)外围的导热部(33)、及设于所述支撑部(31)的端面上且与所述数个电芯(32)相连接的铜排(34)，所述数个容置部(311)内部的数个电芯(32)用有机硅胶(7)填充；
所述数个电芯(32)外部分别设有铝制外壳(320)，一部分电芯(32)的正极设有正极封口板(321)，另一部分电芯(32)的负极设有负极封口板(322)，所述正极封口板(321)与负极封口板(322)分别与其对应的电芯的正极或负极电性连接，设有正极封口板(321)的电芯与设有负极封口板(322)的电芯在容置部(311)中间隔设置，所述铜排(34)将所述数个电芯(32)的正极封口板(321)及负极封口板(322)相连接。
2.如权利要求1所述的电动汽车用锂离子动力电池包，其特征在于，所述电池包箱体(1)呈壳体状，所述电池包箱体(1)内部设有放置部(11)，所述电池包箱体(1)底面的边缘位置设有数个均匀分布的凸起部(12)，所述电池包箱体(1)侧面设有一镂空部(13)，四周内壁设有数个均匀分布的连接部(14)，所述数个连接部(14)上分别设有螺纹孔(15)，所述电池包底板(2)上对应所述连接部(14)的位置分别设有数个通孔(24)。
3.如权利要求1所述的电动汽车用锂离子动力电池包，其特征在于，所述电池包箱体(1)的材料为碳纤维强化不饱和树脂与玻璃纤维覆盖的镁铝合金复合材料，所述电池包底板(2)的材料为碳纤维强化钛包镁铝合金复合材料。
4.如权利要求3所述的电动汽车用锂离子动力电池包，其特征在于，所述碳纤维增强钛包镁铝合金复合材料的制备过程中碳纤维表面改性的方法为气相沉积法或液钠法。
5.如权利要求2所述的电动汽车用锂离子动力电池包，其特征在于，所述电池模块(3)分成数列设于所述电池包箱体(1)的放置部(11)内部。
6.如权利要求1所述的电动汽车用锂离子动力电池包，其特征在于，所述数个电芯(32)通过铜排(34)串联组成电池模块(3)，所述数个电池模块(3)并联组成电池包。
7.如权利要求1所述的电动汽车用锂离子动力电池包，其特征在于，所述接插件(6)采用防水设计。
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