CN111029512B - 嵌入式液冷集成电池箱 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种嵌入式液冷集成电池箱，箱体上端口覆盖有箱盖，箱体左边框的内侧设有X向水梁，箱体右边框的内侧设有X向电梁，X向水梁与X向电梁之间均匀连接有多道Y向横梁，相邻两Y向横梁之间嵌装有多个电池模组；X向水梁中设有上下两道X向水槽，各Y向横梁中设有上下两道Y向水槽，各Y向横梁上水槽的左端分别与X向水梁上水槽相贯通，各Y向横梁下水槽的左端分别与X向水梁下水槽相贯通，各Y向横梁下水槽的右端分别与相应Y向横梁上水槽的右端相连通，X向水梁上水槽与X向水梁下水槽的前端分别连接有水管接头；X向电梁的内腔设有X向电气通道，X向电气通道中设有高压汇流总排。该电池箱的结构紧凑，重量轻，能量密度高，且安全可靠。

Description

嵌入式液冷集成电池箱
技术领域
本发明涉及一种电池箱，特别涉及一种嵌入式液冷集成电池箱，可用于电动汽车或其它采用蓄电池组提供动力的设备，属于动力电池技术领域。
背景技术
电动汽车的电池箱有很多模组组成，很多锂电池并联或串联组成模组，常用的锂电池有方包电池和圆柱电池两种。现在市场上的圆柱电池主要有三种即18650、20700和21700，以特斯拉电动车为代表的汽车行业常用的是21700电池，即21毫米粗70毫米高的21700圆柱电池。
圆柱电池的结构是把一张长方形正反面涂有正极和负极材料的铜箔卷起来塞到一个圆筒中，圆心引出负极接金属圆筒的外圆表面，正极引出线从长方形的铜箔靠近卷轴中心约1/3的地方引到电池上面的中心。正极引线比较粗，利于带出一些热量；负极引线比较细以免太粗会影响卷的直径。锂电池之间的连接有三种方法：引线焊接、激光焊接和电阻焊接。焊接点是电池的中心和边缘的上方。因为电池顶部是上部和下部所有电子的必经之路，所以工作时电池顶部的温度比较高，底部的温度比较低。
传统的电池冷却方法多为冷却电池底部，锂电池立在水冷板上，其底部接触水冷板，因电池底部的温度低，冷却效果不好；还有一种冷却方法为冷却电池的侧面，即锂电池的侧面接触波纹水冷板，但是锂电池与水冷板的接触面积比较小，冷却效果也不好；冷却底部或侧面都需要粘胶，锂电池没有办法拆卸，不利于环保，且整个模组的冷却结构复杂。最近出现了所谓的‘刀刃’电池，就是把大量的圆柱电池粘起来构成模组，但是由于要使用水冷板和水管，冷却效果打了折扣，能量密度还是不够高。
顶部是电池最热的部位，对电池的正负极直接冷却是最有效的冷却方法，冷却效率最高，但是正负极的绝缘和如何接线等问题难以解决。
发明内容
本发明的目的在于，克服现有技术中存在的问题，提供一种嵌入式液冷集成电池箱，结构紧凑，重量轻，散热效率及能量密度高，且安全可靠。
为解决以上技术问题，本发明的一种嵌入式液冷集成电池箱，包括箱体，箱体的上端口覆盖有箱盖，箱体左边框的内侧设有X向水梁，箱体右边框的内侧设有X向电梁，X向水梁与X向电梁之间均匀连接有多道Y向横梁，相邻两Y向横梁之间沿左右方向嵌装有多个电池模组；X向水梁中设有上下两道X向水槽，各Y向横梁中设有上下两道Y向水槽，各Y向横梁上水槽的左端分别与X向水梁上水槽相贯通，各Y向横梁下水槽的左端分别与X向水梁下水槽相贯通，各Y向横梁下水槽的右端分别与相应Y向横梁上水槽的右端相连通，X向水梁上水槽与X向水梁下水槽的前端分别连接有水管接头；X向电梁的内腔设有X向电气通道，X向电气通道中设有高压汇流总排。
相对于现有技术，本发明取得了以下有益效果：冷却水从水管下接头进入X向水梁下水槽并向后流动，然后从X向水梁下水槽向右进入各Y向横梁下水槽中，流至各Y向横梁下水槽的右端时，拐弯向上进入各自的Y向横梁上水槽中向左流动，接着冷却水从各Y向横梁上水槽的左端汇入X向水梁上水槽中，从水管上接头流出。各排电池模组直接嵌装于相邻两Y向横梁之间，不需要很多固定机构，各电池模组前后两侧的绝缘导热橡胶板均与Y向横梁相贴合，流经Y向横梁中的冷却水可以迅速将绝缘导热橡胶板的热量带走，不用水冷板，也不用水管，所以重量轻，能量密度高，同时杜绝了因腐蚀及车辆震动等原因导致的水管泄漏。本发明的电池箱在功率为1054kW的情况下，电池箱的总重量为520Kg，能量密度可达202Wh/Kg，体积密度可达332Wh/L，远高于市场上所使用的电池箱。
作为本发明的改进，各Y向横梁的顶部设有与各电池模组对应的Y向低压线槽，相邻Y向低压线槽之间留有间隙。各电池模组的电压、温度信号线可以从相邻Y向低压线槽之间的缺口处进入Y向低压线槽中，Y向低压线槽可以容纳并保护各排电池模组的电压、温度信号线束，以便与模组控制单元相连接。长期使用及车辆颠簸时，各电池模组的电压、温度信号线均不会移位或与电池模组发生刮蹭，有利于安全工作，还可以防止电磁干扰。
作为本发明的进一步改进，各Y向横梁高度方向的中部分别设有沿Y向贯通的Y向逃逸气槽，Y向横梁上设有与各电池模组的模组透气槽相适配的模组逃逸气槽，相邻模组逃逸气槽之间设有模组间通风口，各模组逃逸气槽及模组间通风口均与Y向逃逸气槽相贯通；X向水梁高度方向的中部设有多个贯通的纵梁排气口，各纵梁排气口分别与相应的Y向逃逸气槽相对接。模组透气槽位于电池模组前后两侧的绝缘导热橡胶板上，每个绝缘导热橡胶板上可以设有六道沿竖向延伸的模组透气槽，Y向横梁上的模组逃逸气槽与模组透气槽对应贯通。电池着火或爆炸时形成的气浪从模组透气槽进入模组逃逸气槽，再从模组逃逸气槽进入Y向横梁中部内腔的Y向逃逸气槽，再沿Y向逃逸气槽及纵梁排气口向箱体的内腔泄放，最后从箱体上的止水通气阀排出箱体外。如此可以将电池着火或爆炸时的高压气流迅速导出，避免造成相邻或其它电池模组的次生损坏。相邻模组逃逸气槽之间设有截面较大的模组间通风口，可以作为预热风的X向通道，又可以作为相邻Y向横梁的连通气道，当某Y向逃逸气槽中的压力较大时，气流可以通过模组间通风口进入相邻Y向横梁的Y向逃逸气槽中，借助于相邻的纵梁排气口迅速向箱体的内腔泄放。
作为本发明的进一步改进，箱体的底壁上固定有多个X向加强条，各Y向横梁的底部通过榫槽卡接在X向加强条上构成十字榫卯结构，各Y向横梁左右两端的上部卡在一对横梁定位块之间，横梁定位块连接在X向水梁和X向电梁上。X向加强条既可以提高箱体底壁的强度，又可以为各Y向横梁提供准确的定位。各X向加强条的上端均匀设有多个上槽口，各Y向横梁的底部均匀设有多个下槽口，各Y向横梁的下槽口对应嵌入各X向加强条的上槽口中。X向加强条的上槽口卡在各Y向横梁的前后两侧，Y向横梁的下槽口卡在各X向加强条的左右两侧，实现双向定位。各Y向横梁左右两端的上部被横梁定位块精确定位，进一步保证了Y向横梁与X向水梁及X向电梁的连接精度。保证Y向横梁下水槽、Y向逃逸气槽及Y向横梁上水槽的左端口与X向水梁上的相应端口精确对接。
作为本发明的进一步改进，箱体边框上设有多个止水通气阀，箱体后边框的内侧设有多个开口向前的加热单元，各加热单元高度方向的中部分别设有加热单元隔板，加热单元隔板上分别安装有出风口向下的鼓风机，加热单元的下室均为加热风室，各加热风室中分别设有陶瓷加热器，各加热风室的前端出风口分别与前方的模组间通风口相对，箱体前边框的内侧设有多个开口向后的返风单元，各返风单元的下部与相应的模组间通风口相对，各返风单元的上部与电池模组顶部与箱盖之间的缝隙通道相通。止水通气阀布置在箱体的前后两侧，确保电池起火或爆炸时可以将箱体内的气流迅速导出释放。各加热单元的鼓风机启动后，循环风向下吹入加热风室，得到陶瓷加热器的加热，与加热风室的出口相对的一列模组间通风口构成热风送风道，电池模组的顶部与箱盖之间的间隙构成热风返回通道，热风向前流动至返风单元时，转向从热风返回通道向后流动，到达箱体后侧时再次进入加热单元循环加热。在热风循环的过程中，热风流经各模组间通风口时，会横向进入Y向逃逸气槽，沿Y向逃逸气槽横向流动后从模组逃逸气槽流出，进而从模组透气槽进入模组内腔，对电池进行预热，各电池迅速升温至正常的工作温度。
作为本发明的进一步改进，返风单元高度方向的中部设有返风单元隔板，返风单元隔板上安装有出风口向上的返风助力风扇；返风单元的上下两侧分别设有导风斜面。热风向前流动至返风单元的下部时，返风助力风扇将热风向上吹起，导风斜面可以减小热风流动的阻力，并且使热风转向从热风返回通道向后流动，如此可以使热风的循环更加均匀，减小流动阻力，降低鼓风机的功率和工作噪声。
作为本发明的进一步改进，各Y向横梁上水槽、各Y向横梁下水槽、X向水梁上水槽与各Y向横梁上水槽的连接端口、X向水梁下水槽与各Y向横梁下水槽的连接端口均分别设有相互分隔的小截面通道和大截面通道。冷却水沿X向水梁下水槽向后流动过程中，进入各Y向横梁下水槽的流量及流速并不均匀，如果X向水梁下水槽与各Y向横梁下水槽的截面均保持不变，通常X向水梁下水槽末端的静压比较大，导致最后端Y向横梁下水槽的流速稍快，中间段Y向横梁下水槽的流速稍慢，如此会导致各排电池模组的冷却效果差异比较大。本发明可以将入口静压值高的Y向横梁下水槽的小截面通道封闭，仅保留大截面通道进水，同时将与其对接的X向水梁下水槽连接端口的小截面通道也封闭；入口静压值低的Y向横梁下水槽的小截面通道与大截面通道均畅通，使进入各Y向横梁下水槽的冷却水流量基本平衡。各Y向横梁上水槽的处理方法与相应Y向横梁下水槽相同，如此可实现整个电池箱内各排电池模组的工作温度基本平衡，避免一个电池箱内各电池模组的工况出现大的差异。
作为本发明的进一步改进，箱体的左右两侧分别设有与车体连接的防撞连接耳架，箱盖的中心区域通过防震固定螺栓与箱体的底壁相连接。防撞连接耳架既便于电池箱与汽车连接，又可以保护电池箱的X向电梁和X向水梁，防止其遭碰撞损坏。箱盖的周边区域与箱体的连接比较稳固，在箱盖的中心区域增设防震固定螺栓，可以防止在车辆颠簸时，箱盖中心区域出现波动。
作为本发明的进一步改进，箱体的前边框上设有与高压汇流总排连接的高压电源第一输出端；箱体的后边框上设有低压通讯端子及与高压汇流总排连接的高压电源第二输出端。高压汇流总排的外周可以包裹有橡胶绝缘层，以提高安全性，在箱体的前后两端均设置有高压电源输出端，可以满足车辆上不同设备的动力需求。在箱体后边框上设置低压通讯端子，便于电池箱与车控中心进行双向通讯，且可以向电池箱内的控制单元提供低压电源以及控制信号。
作为本发明的进一步改进，各排电池模组依次串联且受控于相应的模组控制单元，各模组控制单元均置于X向水梁与箱体边框之间的夹层中，X向水梁的顶部设有与各Y向横梁相对应的X向低压线槽，各模组控制单元受控于电池管理模块，电池管理模块安装于箱体后边框的内侧，箱体后边框的内侧还安装有电池开关控制单元。电池管理模块BMS通过模组控制单元BCU获得每排电池模组BM的电压和温度信号，又通过模组控制单元BCU控制各排电池模组BM的充电放电情况。每个电池模组BM有正极信号线、负极信号线和温度信号线，从Y向横梁顶部的Y向低压线槽中穿行，各模组控制单元BCU与电池管理模块BMS之间的低压通讯线路从X向水梁顶部的X向低压线槽穿行，既有利于保护，又可防止电磁干扰。电池开关控制单元BDU包括自动断路器、继电器、保险丝、电流传感器和点火开关，当遇到例如撞车等类似的剧烈震荡时，电池开关控制单元BDU可以将电池箱的供电线路切断，点火开关可用加速度开关控制或车载安全气囊传感器控制。
附图说明
下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细的说明，附图仅提供参考与说明用，非用以限制本发明。
图1为本发明嵌入式液冷集成电池箱的立体图一。
图2为本发明嵌入式液冷集成电池箱的立体图二。
图3为图2的局部放大图。
图4为图1中Y向横梁与X向水梁的连接关系爆炸图。
图5为本发明的电池箱中装配式电池模组的立体图。
图6为图5中两个半模组对接前的立体图。
图7为图5中半模组实施例一的爆炸图。
图8为图5中半模组实施例二的电连接关系图。
图9为图5中模组壳体的立体图。
图10为图5中绝缘导热橡胶板的后视图。
图11为图6中挡板的立体图。
图中：1.模组壳体；1a.模组底板；1a1.正极簧片通行孔；1a2.正负极隔离爪；1a3.负极簧片通行孔；1a4.橡胶板插接孔；1a5.汇流条限位凸弧；1b.梯形插榫；1b1.插榫凸爪；1c.梯形嵌槽；1c1.嵌槽锁孔；1d.弹性圆柱销；1d1.锥形锁帽；1e.圆柱销锁孔；1f.挡板扣槽；1g.薄膜窗口；1h.汇流条端子卡槽；1j.信号件插座；2.正极汇流条；2a.正极簧片；2b.正极汇流簧片凸耳；2c.正极输出端子；3.负极汇流条；3a.负极簧片；3b.负极凹弧；3c.负极输出端子；4.绝缘隔离片；5.绝缘导热橡胶板；5a.模组透气槽；5b.橡胶板凸扣；6.绝缘导热橡胶块；6a.锥形凹弧；6b.橡胶块中心柱；7.挡板；7a.锥形沉孔；7b.分组隔离带；7c.挡板卡爪；7d.挡板减重孔；8.弹簧板；8a.压簧片；9.电池。
10.箱体；10a.X向加强条；11.箱盖；11a.防震固定螺栓；12.防撞连接耳架；13.X向水梁；13a.X向水梁下水槽；13b.纵梁排气口；13c.X向水梁上水槽；13d.X向低压线槽；13e.横梁定位块；13f.水管下接头；13g.水管上接头；14.X向电梁；15.Y向横梁；15a.Y向横梁下水槽；15b.Y向逃逸气槽；15c.Y向横梁上水槽；15d.Y向低压线槽；15e.模组逃逸气槽；15f.模组间通风口；16.加热单元；16a.鼓风机；16b.陶瓷加热器；17.返风单元；17a.返风助力风扇；17b.导风斜面；18.高压汇流总排；DC1.高压电源第一输出端；DC2.高压电源第二输出端；DC3.低压通讯端子；F1.止水通气阀；BM.电池模组；HM.半模组；BCU.模组控制单元；BMS.电池管理模块；BDU.电池开关控制单元。
具体实施方式
在本发明的以下描述中，术语 “上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指电池箱必须具有的特定方位，例如可以镜像或者反向使用。
如图1至图4所示，本发明的嵌入式液冷集成电池箱包括箱体10，箱体10的上端口覆盖有箱盖11，箱体左边框的内侧设有X向水梁13，箱体右边框的内侧设有X向电梁14，X向水梁13与X向电梁14之间均匀连接有多道Y向横梁15，相邻两Y向横梁15之间沿左右方向嵌装有多个电池模组BM；X向水梁13中设有上下两道X向水槽，各Y向横梁15中设有上下两道Y向水槽，各Y向横梁上水槽15c的左端分别与X向水梁上水槽13c相贯通，各Y向横梁下水槽15a的左端分别与X向水梁下水槽13a相贯通，各Y向横梁下水槽15a的右端分别与相应Y向横梁上水槽15c的右端相连通，X向水梁上水槽13c与X向水梁下水槽13a的前端分别连接有水管接头；X向电梁14的内腔设有X向电气通道，X向电气通道中设有高压汇流总排18。
冷却水从水管下接头13f进入X向水梁下水槽13a并向后流动，然后从X向水梁下水槽13a向右进入各Y向横梁下水槽15a中，流至各Y向横梁下水槽15a的右端时，拐弯向上进入各自的Y向横梁上水槽15c中向左流动，接着冷却水从各Y向横梁上水槽15c的左端汇入X向水梁上水槽13c中，从水管上接头13g流出。
各排电池模组BM直接嵌装于相邻两Y向横梁15之间，不需要很多固定机构，各电池模组BM前后两侧的绝缘导热橡胶板5均与Y向横梁15相贴合，流经Y向横梁15中的冷却水可以迅速将绝缘导热橡胶板5的热量带走，不用水冷板，也不用水管，所以重量轻，能量密度高，同时杜绝了因腐蚀及车辆震动等原因导致的水管泄漏。本发明的电池箱在功率为1054kW的情况下，电池箱的总重量为520Kg，能量密度可达202Wh/Kg，体积密度可达332Wh/L，远高于市场上所使用的电池箱。
各Y向横梁15的顶部设有与各电池模组BM对应的Y向低压线槽15d，相邻Y向低压线槽15d之间留有间隙。各电池模组BM的电压、温度信号线可以从相邻Y向低压线槽15d之间的缺口处进入Y向低压线槽15d中，Y向低压线槽15d可以容纳并保护各排电池模组BM的电压、温度信号线束，以便与模组控制单元BCU相连接。长期使用及车辆颠簸时，各电池模组BM的电压、温度信号线均不会移位或与电池模组BM发生刮蹭，有利于安全工作，还可以防止电磁干扰。
各Y向横梁15高度方向的中部分别设有沿Y向贯通的Y向逃逸气槽15b，Y向横梁15上设有与各电池模组BM的模组透气槽5a相适配的模组逃逸气槽15e，相邻模组逃逸气槽15e之间设有模组间通风口15f，各模组逃逸气槽15e及模组间通风口15f均与Y向逃逸气槽15b相贯通；X向水梁13高度方向的中部设有多个贯通的纵梁排气口13b，各纵梁排气口13b分别与相应的Y向逃逸气槽15b相对接。
模组透气槽5a位于电池模组BM前后两侧的绝缘导热橡胶板5上，每个绝缘导热橡胶板5上可以设有六道沿竖向延伸的模组透气槽5a，Y向横梁15上的模组逃逸气槽15e与模组透气槽5a对应贯通。电池着火或爆炸时形成的气浪从模组透气槽5a进入模组逃逸气槽15e，再从模组逃逸气槽15e进入Y向横梁15中部内腔的Y向逃逸气槽15b，再沿Y向逃逸气槽15b及纵梁排气口13b向箱体10的内腔泄放，最后从箱体10上的止水通气阀F1排出箱体10外。如此可以将电池着火或爆炸时的高压气流迅速导出，避免造成相邻或其它电池模组BM的次生损坏。
相邻模组逃逸气槽15e之间设有截面较大的模组间通风口15f，可以作为预热风的X向通道，又可以作为相邻Y向横梁15的连通气道，当某Y向逃逸气槽15b中的压力较大时，气流可以通过模组间通风口15f进入相邻Y向横梁15的Y向逃逸气槽15b中，借助于相邻的纵梁排气口13b迅速向箱体10的内腔泄放。
箱体10的底壁上固定有多个X向加强条10a，各Y向横梁15的底部通过榫槽卡接在X向加强条10a上构成十字榫卯结构。X向加强条10a既可以提高箱体10底壁的强度，又可以为各Y向横梁15提供准确的定位。各X向加强条10a的上端均匀设有多个上槽口，各Y向横梁15的底部均匀设有多个下槽口，各Y向横梁15的下槽口对应嵌入各X向加强条10a的上槽口中。X向加强条10a的上槽口卡在各Y向横梁15的前后两侧，Y向横梁15的下槽口卡在各X向加强条10a的左右两侧，实现双向定位。
各Y向横梁左右两端的上部卡在一对横梁定位块13e之间，横梁定位块13e连接在X向水梁13和X向电梁14上。各Y向横梁15左右两端的上部被横梁定位块13e精确定位，进一步保证了Y向横梁15与X向水梁13及X向电梁14的连接精度。保证Y向横梁下水槽15a、Y向逃逸气槽15b及Y向横梁上水槽15c的左端口与X向水梁13上的相应端口精确对接。
箱体边框上设有多个止水通气阀F1，止水通气阀F1布置在箱体10的前后两侧，确保电池起火或爆炸时可以将箱体10内的气流迅速导出释放。
箱体后边框的内侧设有多个开口向前的加热单元16，各加热单元16高度方向的中部分别设有加热单元隔板，加热单元隔板上分别安装有出风口向下的鼓风机16a，加热单元16的下室均为加热风室，各加热风室中分别设有陶瓷加热器16b，各加热风室的前端出风口分别与前方的模组间通风口15f相对，箱体前边框的内侧设有多个开口向后的返风单元17，各返风单元17的下部与相应的模组间通风口15f相对，各返风单元17的上部与电池模组BM顶部与箱盖11之间的缝隙通道相通。
各加热单元16的鼓风机16a启动后，循环风向下吹入加热风室，得到陶瓷加热器16b的加热，与加热风室的出口相对的一列模组间通风口15f构成热风送风道，电池模组BM的顶部与箱盖11之间的间隙构成热风返回通道，热风向前流动至返风单元17时，转向从热风返回通道向后流动，到达箱体后侧时再次进入加热单元16循环加热。在热风循环的过程中，热风流经各模组间通风口15f时，会横向进入Y向逃逸气槽15b，沿Y向逃逸气槽15b横向流动后从模组逃逸气槽15e流出，进而从模组透气槽5a进入模组内腔，对电池进行预热，各电池迅速升温至正常的工作温度。
返风单元17高度方向的中部设有返风单元隔板，返风单元隔板上安装有出风口向上的返风助力风扇17a；返风单元17的上下两侧分别设有导风斜面17b。热风向前流动至返风单元17的下部时，返风助力风扇17a将热风向上吹起，导风斜面17b可以减小热风流动的阻力，并且使热风转向从热风返回通道向后流动，如此可以使热风的循环更加均匀，减小流动阻力，降低鼓风机16a的功率和工作噪声。
各Y向横梁上水槽15c、各Y向横梁下水槽15a、X向水梁上水槽13c与各Y向横梁上水槽15c的连接端口、X向水梁下水槽13a与各Y向横梁下水槽15a的连接端口均分别设有相互分隔的小截面通道和大截面通道。冷却水沿X向水梁下水槽13a向后流动过程中，进入各Y向横梁下水槽15a的流量及流速并不均匀，如果X向水梁下水槽13a与各Y向横梁下水槽15a的截面均保持不变，通常X向水梁下水槽13a末端的静压比较大，导致最后端Y向横梁下水槽15a的流速稍快，中间段Y向横梁下水槽15a的流速稍慢，如此会导致各排电池模组BM的冷却效果差异比较大。
本发明可以将入口静压值高的Y向横梁下水槽15a的小截面通道封闭，仅保留大截面通道进水，同时将与其对接的X向水梁下水槽13a连接端口的小截面通道也封闭；入口静压值低的Y向横梁下水槽15a的小截面通道与大截面通道均畅通，使进入各Y向横梁下水槽15a的冷却水流量基本平衡。各Y向横梁上水槽15c的处理方法与相应Y向横梁下水槽15a相同，如此可实现整个电池箱内各排电池模组BM的工作温度基本平衡，避免一个电池箱内各电池模组BM的工况出现大的差异。
箱体10的左右两侧分别设有与车体连接的防撞连接耳架12，防撞连接耳架12既便于电池箱与汽车连接，又可以保护电池箱的X向电梁14和X向水梁13，防止其遭碰撞损坏。
箱盖11的中心区域通过防震固定螺栓11a与箱体10的底壁相连接。箱盖11的周边区域与箱体10的连接比较稳固，在箱盖11的中心区域增设防震固定螺栓11a，可以防止在车辆颠簸时，箱盖中心区域出现波动。
箱体10的前边框上设有与高压汇流总排18连接的高压电源第一输出端DC1；箱体10的后边框上设有低压通讯端子DC3及与高压汇流总排18连接的高压电源第二输出端DC2。高压汇流总排18的外周可以包裹有橡胶绝缘层，以提高安全性，在箱体10的前后两端均设置有高压电源输出端，可以满足车辆上不同设备的动力需求。在箱体后边框上设置低压通讯端子DC3，便于电池箱与车控中心进行双向通讯，且可以向电池箱内的控制单元提供低压电源以及控制信号。
各排电池模组BM依次串联且受控于相应的模组控制单元BCU，各模组控制单元BCU均置于X向水梁13与箱体边框之间的夹层中，X向水梁13的顶部设有与各Y向横梁15相对应的X向低压线槽13d，各模组控制单元BCU受控于电池管理模块BMS，电池管理模块BMS安装于箱体后边框的内侧，箱体后边框的内侧还安装有电池开关控制单元BDU。
电池管理模块BMS通过模组控制单元BCU获得每排电池模组BM的电压和温度信号，又通过模组控制单元BCU控制各排电池模组BM的充电放电情况。每个电池模组BM有正极信号线、负极信号线和温度信号线，从Y向横梁15顶部的Y向低压线槽15d中穿行，各模组控制单元BCU与电池管理模块BMS之间的低压通讯线路从X向水梁13顶部的X向低压线槽13d穿行，既有利于保护，又可防止电磁干扰。电池开关控制单元BDU包括自动断路器、继电器、保险丝、电流传感器和点火开关，当遇到例如撞车等类似的剧烈震荡时，电池开关控制单元BDU可以将电池箱的供电线路切断，点火开关可用加速度开关控制或车载安全气囊传感器控制。
如图5至图11所示，本发明中的电池模组BM包括两个相向连接的半模组HM，两半模组HM的模组壳体1相向开口且相互插接，两模组壳体1的外端面分别被模组底板1a封闭，两模组壳体1的开口端分别覆盖有挡板7，模组底板1a与挡板7之间分别内置有电池阵列。
电池正负极的引出端都设在电池9顶部，外周的圆筒为负极，顶部中心为正极。模组底板1a的外端面嵌装有多根正极汇流条2和负极汇流条3，各正极汇流条2上设有多个正极簧片2a，各正极簧片2a分别穿过模组底板1a上的正极簧片通行孔1a1与电池9的正极相连；各负极汇流条3上设有多个负极簧片3a，各负极簧片3a分别穿过模组底板1a上的负极簧片通行孔1a3与电池9的负极相连。模组底板1a的外端面覆盖有压紧在各正极汇流条2及负极汇流条3的绝缘导热橡胶板5。
正极簧片2a一方面与电池正极形成电连接，另一方面将电池正极的热量导出并传导至正极汇流条2上；负极簧片3a一方面与电池负极形成电连接，另一方面将电池负极的热量导出并传导至负极汇流条3上。正极汇流条2与负极汇流条3均嵌于模组底板1a上且与绝缘导热橡胶板5相贴合，使电池最热部位的热量通过正极汇流条2与负极汇流条3迅速传导至绝缘导热橡胶板5上。
两半模组HM分别独立装配完毕后，相向插接构成完整的电池模组，电池模组可直接装入电池箱的两道Y向横梁之间，不需要很多固定机构，电池模组前后两侧的绝缘导热橡胶板5均与Y向横梁相贴合，流经Y向横梁中的冷却水可以迅速将绝缘导热橡胶板5的热量带走，不用水冷板，也不用水管，所以重量轻，能量密度高，同时杜绝了因腐蚀及车辆震动等原因导致的水管泄漏。由于散热效率极高，较小体积的电池模组可以容纳更多的电池，使电池模组具有更高的体积密度。本发明电池模组的能量密度可达245Wh/Kg，体积密度可达498Wh/L。
电池阵列中嵌有绝缘隔离片4将电池阵列分隔为多个电池组，同一组电池的正极均与同一根正极汇流条2连接，同一组电池的负极均与同一根负极汇流条3连接，相邻电池组之间相并联或串联。
由于电池筒体裸露在外，当不设绝缘隔离片4时，半模组HM中的电池阵列均构成并联关系。例如每个半模组HM中有57个锂电池，21700锂电池标称电压为3.7V，电流为5A；57个锂电池全部并联时，形成5A×57=285A，3.7V的锂电池标称值。
通过绝缘隔离片4可以对电池阵列进行分组，例如57个锂电池分为三组，每组19个锂电池，然后三组串联，形成5A×19=95A，3.7×3=11.1V的锂电池标称值。
还可以分成两组，然后两组串联，每组28个锂电池，一个电池空位，形成5A×28=140A，3.7×2=7.4V的锂电池标称值。
还可以分成四组，然后四组串联，每组14个锂电池，一个电池空位，形成5A×14=70A，3.7×4=14.8V的锂电池标称值。
还可以分成六组，然后六组串联，每组9个锂电池，三个电池空位，形成5A×9=45A，3.7×6=22.2V的锂电池标称值。如此可形成多种电流输出，满足不同车型或汽车不同用电设备的动力需求。
正极汇流条2及负极汇流条3的输出端子分别卡接在模组壳体1侧壁上的汇流条端子卡槽1h中；模组壳体1的两侧壁上还分别设有信号件插座1j。正、负极输出端子卡入汇流条端子卡槽1h中一方面可以获得快速且准确的定位，便于与模组壳体1固定连接；另一方面使正极输出端子2c和负极输出端子3c低于模组壳体1的平面，在存放、运输过程中避免短路。模组壳体1上的信号件插座1j便于直接插接电子插件，利于模组电压、温度等信号的送出，传输给电池管理模块。
绝缘导热橡胶板5的内端面设有多个倒锥形的橡胶板凸扣5b，各橡胶板凸扣5b分别插接在模组底板1a上相应的橡胶板插接孔1a4中。橡胶板插接孔1a4为倒锥形孔，各橡胶板凸扣5b靠弹性塞入相应的橡胶板插接孔1a4中后即被锁定不能退出，使绝缘导热橡胶板5始终与模组底板1a紧密结合，与正极汇流条2与负极汇流条3接触良好，保持优良的的导热性能。
相邻正极簧片通行孔1a1之间均呈正三角形分布，各正极簧片通行孔1a1的外周呈环形阵列均匀分布有多个绝缘导热橡胶块6，各绝缘导热橡胶块6分别固定在橡胶块中心柱6b上，各橡胶块中心柱6b固定在模组底板1a上，各绝缘导热橡胶块6的外廓呈正三角形且三角形的每条边对称设有锥形凹弧6a，各锥形凹弧6a分别与相对的正极簧片通行孔1a1共轴线，各电池的顶部嵌于共轴线的各锥形凹弧6a中。
橡胶块中心柱6b可以是硬质塑料，作为绝缘导热橡胶块6的支撑骨架，并限定绝缘导热橡胶块6的压缩量。绝缘导热橡胶块6为半软材料，且各锥形凹弧6a可以为3°的斜面，可以容纳电池±0.1毫米的外径误差。各电池可以由三个或六个绝缘导热橡胶块6支撑，各电池的顶部从各锥形凹弧6a的大端插入并获得支撑，各锥形凹弧6a之间的间隙可以作为电池着火或爆炸时的气体泄放通道。
挡板7的内端面设有承插各电池底部的锥形沉孔7a，锥形沉孔7a阵列中嵌有高出锥形沉孔端口的分组隔离带7b，分组隔离带7b的走向与绝缘隔离片4相一致，挡板7上较厚的部位设有挡板减重孔7d。各电池的底部支撑在挡板7的锥形沉孔7a中，锥形沉孔7a也可以为半软材料，分组隔离带7b与绝缘隔离片4共同对电池阵列进行分组。
挡板7的两侧分别设有挡板卡爪7c，挡板卡爪7c分别卡接在模组壳体1侧壁的挡板扣槽1f中。挡板卡爪7c与挡板扣槽1f的插接可以使挡板7快速定位与固定，使模组的装配快捷方便。
各电池的顶部与模组底板1a的内端面留有间隙，各电池的底面与挡板7的内端面之间留有间隙。各电池的顶部在锥形凹弧6a中插不到底即获得支撑，同理电池底部在锥形沉孔7a中插不到底即获得支撑，电池顶部与模组底板1a之间的间隙，及电池底面与挡板7内端面之间的间隙，也作为电池着火或爆炸时的气体泄放通道。
各正极簧片通行孔1a1的圆周上分别设有四个正负极隔离爪1a2，四个正负极隔离爪1a2伸入电池筒体内周的凹槽中。正常情况下，四个正负极隔离爪1a2均不与电池接触，电池完全由六个绝缘导热橡胶块6定位，当某个绝缘导热橡胶块6发生损坏时，挡板7的推力会使电池向缺失支撑的方向偏离，此时四个正负极隔离爪1a2起到防止电池偏离中心的作用。
绝缘导热橡胶板5的中部区域设有多条贯通的模组透气槽5a，模组透气槽5a可以为六道，分别沿竖向延伸；可以将电池着火或爆炸时形成的气浪顺利从模组内腔泄放出去；还可以在电池启动时作为预热风的进入通道，即预热风从模组透气槽5a进入模组壳体1内腔，从各绝缘导热橡胶块6之间的间隙沿电池筒体流动，实现对电池的预热，各电池迅速升温至正常的工作温度。
模组壳体1的侧壁分布有多个薄膜窗口1g，不仅可以减重，还可以在模组内腔气压过高时被突破，以便迅速将电池着火或爆炸时形成的气浪导出。
两模组壳体1长度方向的两侧壁分别通过相互嵌合的梯形插榫1b与梯形嵌槽1c相互插接，各梯形插榫1b的顶部内壁分别设有插榫凸爪1b1，各梯形嵌槽1c的底壁根部分别设有锁定插榫凸爪1b1的嵌槽锁孔1c1。两半模组HM插接组装时，两模组壳体长度方向侧壁的梯形插榫1b分别插入对方的梯形嵌槽1c中，梯形头部起到导向作用。梯形插榫1b与梯形嵌槽1c插接完成后，一方面两梯形的斜边相互接触起到定位作用，另一方面梯形插榫1b顶部的插榫凸爪1b1嵌入梯形嵌槽1c底壁根部的嵌槽锁孔1c1中起到定位与连接作用。
模组壳体宽度方向的两侧壁分别设有带锥形锁帽1d1的弹性圆柱销1d与圆柱销锁孔1e，各弹性圆柱销1d对应插入对应的圆柱销锁孔1e中。两半模组HM插接组装时，两模组壳体1宽度方向侧壁上的弹性圆柱销1d插入对方的圆柱销锁孔1e中，弹性圆柱销1d的端头设有V形开口槽，可以为弹性圆柱销1d插接时提供变形空间，弹性圆柱销1d插入圆柱销锁孔1e后，锥形锁帽1d1的大端台阶阻止弹性圆柱销1d后退。
两半模组HM的挡板7之间设有弹簧板8，弹簧板8上均匀分布有多对向两侧凸出的压簧片8a；插榫凸爪1b1与嵌槽锁孔1c1、弹性圆柱销1d与圆柱销锁孔1e锁定后均存在浮动止退间隙，各浮动止退间隙均与弹簧板8上压簧片8a的压缩量相适配。
两半模组HM插接完成后，两挡板7之间的弹簧板8使电池模组具有一定的弹性，将电池模组装入电池箱时，用力压缩两个半模组HM使弹簧板8上的压簧片8a被压缩，最大可压缩量即为插榫凸爪1b1与嵌槽锁孔1c1、弹性圆柱销1d与圆柱销锁孔1e锁定后的浮动止退间隙，可以设计为3毫米。当电池模组嵌入电池箱的两道Y向横梁之间后，外力消失，弹簧板8的弹性使两个半模组HM相互远离，两个半模组HM的绝缘导热橡胶板5与Y向横梁始终能够保持紧密接触，绝缘导热橡胶板5的热量能够被流经Y向横梁内腔的冷却水及时带走。
正极汇流条2的内端面焊接有正极汇流簧片，各正极簧片2a的根部连接在正极汇流簧片上，正极汇流条2及正极汇流簧片上设有与各正极簧片2a一一对应的窗口，各正极簧片2a的自由端与相应电池的正极相焊接；正极汇流簧片的两侧均匀设有多个正极汇流簧片凸耳2b，各正极汇流簧片凸耳2b嵌入相应的汇流条限位凸弧1a5中。
比较厚的正极汇流条2和比较薄的正极汇流簧片焊接在一起，正极汇流条2负责传导大的电流，正极汇流簧片上的各正极簧片2a提供压缩弹力保证与电池的正极可靠地连在一起。正极汇流条2及正极汇流簧片上的窗口便于将各正极簧片2a与电池的正极相焊接，使电池的工作更加可靠。各正极汇流簧片凸耳2b分别嵌入汇流条限位凸弧1a5中，既实现了正极汇流条2的定位，使其与模组底板1a可靠连接，又可以克服各正极簧片2a的弹力。
负极汇流条3的内端面焊接有负极汇流簧片，各负极簧片3a的根部连接在负极汇流簧片上，负极汇流条3及负极汇流簧片上设有与各负极簧片3a一一对应的窗口，各负极簧片3a的自由端与同组且相邻的两电池的负极相焊接；负极汇流条3及负极汇流簧片的两侧均匀设有多个负极凹弧3b，各负极凹弧3b分别与模组壳体1上相应的汇流条限位凸弧1a5相嵌合，负极汇流簧片的多个负极凹弧3b上设有负极汇流簧片凸耳，各负极汇流簧片凸耳嵌入相应的汇流条限位凸弧1a5的顶点中。
比较厚的负极汇流条3和比较薄的负极汇流簧片焊接在一起，负极汇流条3负责传导大的电流，负极汇流簧片上的各负极簧片3a提供压缩弹力保证同时与两电池的负极可靠地连在一起。负极汇流条3及负极汇流簧片上的窗口便于将各负极簧片3a与两电池的负极相焊接，使电池的工作更加可靠。各负极凹弧3b分别与汇流条限位凸弧1a5相嵌合，且各负极汇流簧片凸耳嵌入相应的汇流条限位凸弧1a5的顶点中，既实现了负极汇流条3的定位，使其与模组底板1a可靠连接，又可以克服各负极簧片3a的弹力。
两排电池使用两排正极簧片通行孔1a1夹一排负极簧片通行孔1a3，每排负极簧片通行孔1a3的个数与两排正极簧片通行孔1a1的个数相等，负极汇流条3同时与两排电池的负极相连。两排电池所使用的三排孔构成一组，便于在相邻两组正极簧片通行孔1a1之间布置橡胶板插接孔1a4，使绝缘导热橡胶板5与模组底板1a的连接更加紧密可靠。
以上所述仅为本发明之较佳可行实施例而已，非因此局限本发明的专利保护范围。除上述实施例外，本发明还可以有其他实施方式。凡采用等同替换或等效变换形成的技术方案，均落在本发明要求的保护范围内。本发明未经描述的技术特征可以通过或采用现有技术实现，在此不再赘述。

Claims (9)

1.一种嵌入式液冷集成电池箱，包括箱体(10)，箱体(10)的上端口覆盖有箱盖(11)，其特征在于：箱体左边框的内侧设有X向水梁(13)，箱体右边框的内侧设有X向电梁(14)，X向水梁(13)与X向电梁(14)之间均匀连接有多道Y向横梁(15)，相邻两Y向横梁(15)之间沿左右方向嵌装有多个电池模组(BM)；X向水梁(13)中设有上下两道X向水槽，各Y向横梁(15)中设有上下两道Y向水槽，各Y向横梁上水槽(15c)的左端分别与X向水梁上水槽(13c)相贯通，各Y向横梁下水槽(15a)的左端分别与X向水梁下水槽(13a)相贯通，各Y向横梁下水槽(15a)的右端分别与相应Y向横梁上水槽(15c)的右端相连通，X向水梁上水槽(13c)与X向水梁下水槽(13a)的前端分别连接有水管接头；X向电梁(14)的内腔设有X向电气通道，X向电气通道中设有高压汇流总排(18)；各Y向横梁(15)高度方向的中部分别设有沿Y向贯通的Y向逃逸气槽(15b)，Y向横梁(15)上设有与各电池模组(BM)的模组透气槽相适配的模组逃逸气槽(15e)，相邻模组逃逸气槽(15e)之间设有模组间通风口(15f)，各模组逃逸气槽(15e)及模组间通风口(15f)均与Y向逃逸气槽(15b)相贯通；X向水梁(13)高度方向的中部设有多个贯通的纵梁排气口(13b)，各纵梁排气口(13b)分别与相应的Y向逃逸气槽(15b)相对接。
2.根据权利要求1所述的嵌入式液冷集成电池箱，其特征在于：各Y向横梁(15)的顶部设有与各电池模组(BM)对应的Y向低压线槽(15d)，相邻Y向低压线槽(15d)之间留有间隙。
3.根据权利要求1所述的嵌入式液冷集成电池箱，其特征在于：箱体(10)的底壁上固定有多个X向加强条(10a)，各Y向横梁(15)的底部通过榫槽卡接在X向加强条(10a)上构成十字榫卯结构，各Y向横梁(15)左右两端的上部卡在一对横梁定位块(13e)之间，横梁定位块(13e)连接在X向水梁(13)和X向电梁(14)上。
4.根据权利要求1所述的嵌入式液冷集成电池箱，其特征在于：箱体边框上设有多个止水通气阀(F1)，箱体后边框的内侧设有多个开口向前的加热单元(16)，各加热单元(16)高度方向的中部分别设有加热单元隔板，加热单元隔板上分别安装有出风口向下的鼓风机(16a)，加热单元(16)的下室均为加热风室，各加热风室中分别设有陶瓷加热器(16b)，各加热风室的前端出风口分别与前方的模组间通风口(15f)相对，箱体前边框的内侧设有多个开口向后的返风单元(17)，各返风单元(17)的下部与相应的模组间通风口(15f)相对，各返风单元(17)的上部与电池模组(BM)顶部与箱盖(11)之间的缝隙通道相通。
5.根据权利要求4所述的嵌入式液冷集成电池箱，其特征在于：返风单元(17)高度方向的中部设有返风单元隔板，返风单元隔板上安装有出风口向上的返风助力风扇(17a)；返风单元(17)的上下两侧分别设有导风斜面(17b)。
6.根据权利要求1所述的嵌入式液冷集成电池箱，其特征在于：各Y向横梁上水槽(15c)、各Y向横梁下水槽(15a)、X向水梁上水槽(13c)与各Y向横梁上水槽(15c)的连接端口、X向水梁下水槽(13a)与各Y向横梁下水槽(15a)的连接端口均分别设有相互分隔的小截面通道和大截面通道。
7.根据权利要求1所述的嵌入式液冷集成电池箱，其特征在于：箱体(10)的左右两侧分别设有与车体连接的防撞连接耳架(12)，箱盖(11)的中心区域通过防震固定螺栓(11a)与箱体(10)的底壁相连接。
8.根据权利要求1所述的嵌入式液冷集成电池箱，其特征在于：箱体(10)的前边框上设有与高压汇流总排(18)连接的高压电源第一输出端(DC1)；箱体(10)的后边框上设有低压通讯端子(DC3)及与高压汇流总排(18)连接的高压电源第二输出端(DC2)。
9.根据权利要求1至8中任一项所述的嵌入式液冷集成电池箱，其特征在于：各排电池模组(BM)依次串联且受控于相应的模组控制单元(BCU)，各模组控制单元(BCU)均置于X向水梁(13)与箱体边框之间的夹层中，X向水梁(13)的顶部设有与各Y向横梁(15)相对应的X向低压线槽(13d)，各模组控制单元(BCU)受控于电池管理模块(BMS)，电池管理模块(BMS)安装于箱体后边框的内侧，箱体后边框的内侧还安装有电池开关控制单元(BDU)。
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