CN113708002A - 电池箱和储能电池 - Google Patents
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Abstract
本发明的实施例提供了一种电池箱和储能电池，涉及电池技术领域。该电池箱包括外壳和设于外壳内的电池，外壳与电池通过导热结构胶粘接，导热结构胶的导热系数为λ，单位W/mK，导热结构胶的吸水率为ω，单位％，且导热系数λ和吸水率ω满足关系式：0.3≤λ/ω≤40。通过调整导热结构胶中的组分，能够改善导热结构胶的吸水性和导热性能之间的平衡。该电池箱采用导热结构胶固定电池，装配方便、减少装配零件数量，并且能达到导热结构胶的导热性能和绝缘耐压性能的优化。
Description
技术领域
本发明涉及电池技术领域，具体而言，涉及一种电池箱和储能电池。
背景技术
随着新能源行业的蓬勃发展，电池箱的设计逐渐引起广泛的关注，成为了新能源领域研究的焦点。
现有技术中，电池箱包括箱体和电池，电池设置在箱体内，为了电池在箱体内能够可靠定位并实现有效散热，可将电池通过导热结构胶固定在箱体上，这样装配更加方便，也有利于提高电池箱的整体能量密度。但实际应用中发现，该导热结构胶在电池箱实际工作过程中会遇到吸收环境中水分的情况，使得导热结构胶的绝缘性能下降，从而影响电池箱的安全性能。
有鉴于此，有必要提出一种具有高安全性能的电池箱。
发明内容
本发明的目的包括，例如，提供了一种电池箱和储能电池，其能够实现电池的可靠固定，同时能提高装配效率，能优化导热结构胶的吸水率和导热性能，进而改善电池箱的导热性能和绝缘耐压性能，提高产品安全性。
本发明的实施例可以这样实现：
第一方面，本发明提供一种电池箱，包括外壳和设于所述外壳内的电池，所述外壳与所述电池通过导热结构胶粘接，所述导热结构胶的导热系数为λ，单位W/mK，所导热述导热结构胶的吸水率为ω，单位％，且所述导热系数λ和所述吸水率ω满足关系式：0.3≤λ/ω≤40。
在可选的实施方式中，所述导热系数λ和所述吸水率ω满足关系式：0.7≤λ/ω≤6，其中，所述导热系数λ的单位为W/mK，所述吸水率ω的单位为％。
在可选的实施方式中，所述导热结构胶的导热系数λ为0.8W/mK至3.9W/mK。
在可选的实施方式中，所述导热结构胶的导热系数λ为1.1W/mK至3W/mK。
在可选的实施方式中，所述导热结构胶的吸水率ω为0.1％至3％。
在可选的实施方式中，所述导热结构胶的吸水率ω为0.5％至1.5％。
在可选的实施方式中，所述导热结构胶为液体胶。
在可选的实施方式中，所述导热结构胶处于固态时按照3820DCV的测试标准，其漏电流小于1mA，所述导热结构胶处于固态时按照2500DCV的测试标准，其绝缘电阻大于100MΩ。
在可选的实施方式中，所述导热结构胶包括按重量计的以下组分：主料50-60份、填料30-50份、固化剂1-10份、分散剂4-6份、催化剂4-6份、消泡剂4-6份、流平助剂4-6份和阻燃剂1-2份。
在可选的实施方式中，所述主料包括聚氨酯、丙烯酸和环氧树脂中的至少一种；所述填料包括碳化硅、氮化铝、氮化硼、氧化铝、氧化镁、氧化锌、氧化钛、氮化铍、氮化硅、二氧化硅和水滑石中的至少一种；所述固化剂包括脂肪族胺类固化剂、芳香族二胺类固化剂、双氰胺类固化剂、咪唑类固化剂、有机酸酐类固化剂和有机酰肼类固化剂中的至少一种或多种混合物；
所述分散剂包括聚乙二醇2000，三聚磷酸钠、聚丙烯酸钠、油酸、十八醇和十二烷基苯磺酸钠中的至少一种或多种混合物；
所述催化剂包括苯甲醇、烷基酚、苄醇、DMP-30、三乙醇胺、乙基哌嗪、壬基苯酚中的至少一种或多种混合物；
所述消泡剂包括6800消泡剂、900消泡剂、JUST5501消泡剂、BYK-141消泡剂、BYK-A535消泡剂、KS-603消泡剂、AKN-3386消泡剂和AKN-3330消泡剂中的至少一种或多种混合物；
所述流平助剂包括有机硅类和丙烯酸酯类中的至少一种或多种混合物；
所述阻燃剂包括溴系阻燃剂、氮磷系无卤阻燃剂、锑系阻燃剂、氢氧化铝、氢氧化镁中的至少一种或多种混合物。
在可选的实施方式中，所述外壳包括底板、侧板和顶盖，所述底板、所述侧板和所述顶盖共同围合形成容置腔体，所述电池设于所述容置腔体内；所述导热结构胶设于所述底板、所述侧板和所述顶盖中的至少一者。
在可选的实施方式中，所述底板、所述侧板和所述顶盖中至少一者设有流体通道，所述流体通道内通有换热流体。
第二方面，本发明提供一种储能电池，包括至少一个如前述实施方式中任一项所述的电池箱。
本发明实施例的有益效果包括，例如：
本发明实施例提供的电池箱，采用导热结构胶对电池进行固定，即电池箱的外壳与电池通过导热结构胶粘接固定，能够减少电池箱的装配零件数量，提高装配效率，装配工艺更加简单。导热结构胶的导热系数λ和吸水率ω满足关系式：0.3≤λ/ω≤40。经发明人长期研究发现，导热结构胶的导热系数和吸水率密切相关，当导热结构胶的导热系数和吸水率满足上述关系时，既能充分发挥导热结构胶的导热性能，又能满足电池箱的绝缘要求，有利于提高电池箱产品的安全性。
本发明实施例提供的电池箱，包括上述的导热结构胶，电池箱的外壳和电池通过上述的导热结构胶粘接，装配零件更少，装配效率更高，有利于节约生产成本，提高生产效率，此外，能够充分发挥导热结构胶的导热性能和绝缘性能，提高电池箱的安全性能，提升电池箱的产品品质。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，应当理解，以下附图仅示出了本发明的某些实施例，因此不应被看作是对范围的限定，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他相关的附图。
图1为本发明实施例提供的电池箱的整体结构示意图；
图2为本发明实施例提供的电池箱的底板和侧板的结构示意图；
图3为本发明实施例提供的电池箱的底板设置导热结构胶的一种结构示意图；
图4为本发明实施例提供的电池箱的电池与外壳的粘接示意图；
图5为图1中B-B的剖面结构示意图。
图标：100-电池箱；110-外壳；111-底板；113-侧板；115-顶盖；120-电池；130-导热结构胶。
具体实施方式
为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。通常在此处附图中描述和示出的本发明实施例的组件可以以各种不同的配置来布置和设计。
因此，以下对在附图中提供的本发明的实施例的详细描述并非旨在限制要求保护的本发明的范围，而是仅仅表示本发明的选定实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
应注意到：相似的标号和字母在下面的附图中表示类似项，因此，一旦某一项在一个附图中被定义，则在随后的附图中不需要对其进行进一步定义和解释。
在本发明的描述中，需要说明的是，若出现术语“上”、“下”、“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，或者是该发明产品使用时惯常摆放的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。
此外，若出现术语“第一”、“第二”等仅用于区分描述，而不能理解为指示或暗示相对重要性。
需要说明的是，在不冲突的情况下，本发明的实施例中的特征可以相互结合。
当量、浓度、或者其它值或参数以范围、优选范围、或一系列上限优选值和下限优选值限定的范围表示时，这应当被理解为具体公开了由任何范围上限或优选值与任何范围下限或优选值的任一配对所形成的所有范围，而不论该范围是否单独公开了。例如，当公开了范围“1至5”时，所描述的范围应被解释为包括范围“1至4”、“1至3”、“1至2”、“1至2和4至5”、“1至3和5”等。当数值范围在本文中被描述时，除非另外说明，否则该范围意图包括其端值和在该范围内的所有整数和分数。
说明书和权利要求书中的近似用语用来修饰数量，表示本发明并不限定于该具体数量，还包括与该数量接近的可接受的而不会导致相关基本功能的改变的修正的部分。相应的，用“大约”、“约”等修饰一个数值，意为本发明不限于该精确数值。在某些例子中，近似用语可能对应于测量数值的仪器的精度。在本申请说明书和权利要求书中，范围限定可以组合和/或互换，如果没有另外说明这些范围包括其间所含有的所有子范围。
请参考图1至图5，本实施例提供了一种电池箱100，包括外壳110和设于外壳110内的电池120，外壳110与电池120通过导热结构胶130粘接，导热结构胶130的导热系数为λ，单位W/mK，导热结构胶130的吸水率为ω，单位％，且导热系数λ和吸水率ω满足关系式：0.3≤λ/ω≤40。经发明人长期研究发现，导热结构胶130的导热系数和体积电阻率密切相关，当导热结构胶130的导热系数和吸水率切相关，当导热结构胶130的导热系数和吸水率满足上述关系时，既能充分发挥导热结构胶130的导热性能，又能满足电池箱的绝缘要求，有利于提高电池箱产品的安全性。
可以理解，导热结构胶130包括按重量计的以下组分：主料50-60份、填料30-50份、固化剂1-10份、分散剂4-6份、催化剂4-6份、消泡剂4-6份、流平助剂4-6份和阻燃剂1-2份。其中，填料的比例对吸水率和导热性能的关系最大，当增加填料，导热系数可以得到提升，但填料增多也会引起吸水率提升，吸水率提升会造成绝缘性能和击穿强度下降，影响了电池箱的安全性能。反之，减少填料，导热系数会降低，导热性能下降。填料减少，有利于控制吸水率，控制较低的吸水率有利于提高绝缘性能和击穿强度，即导热结构胶130的绝缘耐压性能。因此，通过对填料的比例调整，能够使导热结构胶130的导热性能和绝缘耐压性能达到最优化，从而提升电池箱的产品品质。
可选的，导热系数λ和吸水率ω满足关系式：0.7≤λ/ω≤6，其中，导热系数λ的单位为W/mK，吸水率ω的单位为％。此时导热结构胶130的导热性能和绝缘耐压性能达到更优化，比如导热结构胶130的导热系数λ为0.8W/mK至3.9W/mK，可选地，导热结构胶130的导热系数λ为1.1W/mK至3W/mK。
导热结构胶130的吸水率ω为0.1％至3％，可选地，本实施例中，导热结构胶130的吸水率ω为0.5％至1.5％。控制导热结构胶130的吸水率在较低的范围，能够获得导热结构胶130更好的绝缘耐压性能。需要说明的是，导热结构胶130的绝缘耐压性能可以体现在包括但不限于绝缘电阻、漏电流和击穿强度上。
可选地，主料包括聚氨酯、丙烯酸和环氧树脂中的至少一种；填料包括碳化硅、氮化铝、氮化硼、氧化铝、氧化镁、氧化锌、氧化钛、氮化铍、氮化硅、二氧化硅和水滑石中的至少一种。
水滑石采用铝镁水滑石，氧化铝为纳米氧化铝，粒径为70nm至90nm；铝镁水滑石与氧化铝的质量比为1：6至1：9。固化剂包括脂肪族胺类固化剂、芳香族二胺类固化剂、双氰胺类固化剂、咪唑类固化剂、有机酸酐类固化剂和有机酰肼类固化剂中的至少一种或多种混合物。应当理解，本实施例中采用层状结构的铝镁水滑石提高了纳米氧化铝在树脂基体中的分散性能，避免纳米氧化铝过分团聚而导致导热结构胶130导热系数下降；其次铝镁水滑石层的片层结构，有利于固化剂进入其层间结构中，在后期使用过程中，与树脂混合固化，在固化过程中把水滑石层间结构撑开，达到剥离效果，从而在树脂基体内部形成导热通道，更有利于产品热导率的提高；通过采用特定粒径范围的纳米氧化铝与铝镁水滑石的配合使用，从而获得较大的堆积密度，填料相互间的接触几率得以有效提高，改善无机填料与树脂基体的界面接触状态，在导热结构胶130中能够有效形成导热通道，从而使导热结构胶130的热导率得以进一步提高。
分散剂包括聚乙二醇2000，三聚磷酸钠、聚丙烯酸钠、油酸、十八醇和十二烷基苯磺酸钠中的至少一种或多种混合物；催化剂包括苯甲醇、烷基酚、苄醇、DMP-30、三乙醇胺、乙基哌嗪、壬基苯酚中的至少一种或多种混合物；消泡剂包括6800消泡剂、900消泡剂、JUST5501消泡剂、BYK-141消泡剂、BYK-A535消泡剂、KS-603消泡剂、AKN-3386消泡剂和AKN-3330消泡剂中的至少一种或多种混合物；流平助剂包括有机硅类和丙烯酸酯类中的至少一种或多种混合物；阻燃剂包括溴系阻燃剂、氮磷系无卤阻燃剂、锑系阻燃剂、氢氧化铝、氢氧化镁中的至少一种或多种混合物。
需要说明的是，该导热结构胶130可以通过以下方法制得，其步骤主要包括：将主料、填料、分散剂、催化剂、消泡剂、流平助剂和阻燃剂混合搅拌均匀，冷却到30℃以下后加入固化剂，在三辊机上研磨成膏状物，真空脱泡、出料即得。该制备方法简单，工艺可操作性强。
本实施例中，对导热结构胶130的绝缘耐压性能进行了一系列测试，导热结构胶130处于固态时按照3820DCV的测试标准，其漏电流＜1mA，导热结构胶130处于固态时按照2500DCV的测试标准，其绝缘电阻＞100MΩ，均满足电池箱中的安全绝缘要求。并且，该导热结构胶130的击穿强度≥10kV/mm，可达14kV/mm，完全满足电池箱中导热结构胶130的耐压绝缘性能。同时，导热结构胶130的导热系数大于1.3W/mK，导热性能良好，电池的循环温升温度≤45℃，满足电池的安全工作温度范围。
测试方法如下：
一、导热结构胶130的导热系数的测试：
(1)参照ASTMD5470进行导热系数测试，测试设备为Hot disk 2550s，按照设备测试方法设置测试参数，连续测试时间间隔为5min。
(2)样品制备：制样过程需要确定主料和填百分含量正确，胶混合时，为避免气泡残留，使用胶枪和静态混合胶头打胶，或手动混胶后使用真空脱泡机进行混合脱泡2min。再将胶水倒入硬度块制作夹具中，并尽量让胶水流淌平整，试块直径或边长不小于60mm，厚度不小于1mm。
(3)固化条件：样品放入烘箱中，进行烘烤，固化温度和时长，具体规定以MS为准，从烘箱中取出后在室温静置2小时以上，然后开始测试。
(4)测试要求：采用hot disk2550s进行测试，测试多个平行样品取中值或平均值。
二、导热结构胶130的吸水率的测试：
按照ASTMD570检测标准，导热结构胶130的样品尺寸为60mm*60mm*1mm；导热结构胶130的固化工艺为25℃常温下固化24小时，浸泡时间为24h，测试环境温度23℃，湿度50.2％；最后测得的导热结构胶130的吸水率1.21％。
三、导热结构胶130的绝缘性能测试：
依据GB/T 1408执行，测试后的结果见表1，其中，耐压要求为测试的漏电流，单位mA；绝缘要求为电阻值，单位MΩ。
四、电池的温升测试：
通过在电池的顶盖上布置温度传感器，在电池的运行过程中实时监控电池的温度变化，并记录数据。
对导热结构胶130的测试结果见表1。
表1
由表1的测试结果可以看出，导热结构胶130处于固态时按照3820DCV的测试标准，其漏电流均小于1mA，导热结构胶130处于固态时按照2500DCV的测试标准，其绝缘电阻均大于100MΩ，均满足电池箱中的安全绝缘要求。并且，该导热结构胶130的击穿强度大于等于10kV/mm，可达14kV/mm，完全满足电池箱中导热结构胶130的耐压绝缘性能，同时，导热结构胶130的导热系数也均大于1.1W/mK，导热性能良好，达到了导热性能和绝缘耐压性能的优化，大大提升电池箱的产品安全性。
可选地，导热结构胶130为液体胶。外壳110包括底板111、侧板113和顶盖115，底板111、侧板113和顶盖115共同围合形成容置腔体，电池120设于容置腔体内；导热结构胶130设于底板111、侧板113和顶盖115中的至少一者。应当理解，导热结构胶130可以设于底板111上，使得电池120与底板111通过导热结构胶130粘接固定。或者，导热结构胶130设置在侧板113上，使得电池120与侧板113通过导热结构胶130粘接固定。或者，导热结构胶130设置在顶盖115上，使得电池120与顶盖115通过导热结构胶130粘接固定。或者，导热结构胶130设置在底板111和顶盖115上，使得电池120分别与底板111和顶盖115通过导热结构胶130粘接固定。或者，导热结构胶130设置在底板111和侧板113上，使得电池120分别与底板111和侧板113通过导热结构胶130粘接固定。或者，导热结构胶130设置在侧板113和顶盖115上，使得电池120分别与侧板113和顶盖115通过导热结构胶130粘接固定。或者，导热结构胶130分别设置在侧板113、底板111和顶盖115上，使得电池120分别与底板111、侧板113和顶盖115通过导热结构胶130粘接固定。需要说明的是，电池120包括多个电芯，相邻电芯之间也可以通过导热结构胶130粘接固定，如图4所示。
需要说明的是，导热结构胶130的厚度可以是1mm至10mm，比如2mm、3mm、4mm、5mm、6mm或8mm等，这里不作具体限定，导热结构胶130设置在底板111上可以理解为导热结构胶130完全覆盖底板111或部分覆盖底板111。图3为导热结构胶130完全覆盖底板111的结构示意图。同理，导热结构胶130设置在侧板113和顶盖115上，也可以根据实际情况设置为全部或部分覆盖侧板113、全部或部分覆盖顶盖115，这里不作具体限定。相邻电芯之间设置的导热结构胶130，其高度可以与电芯高度一致，也可以低于电芯的高度，可选地，导热结构胶130的高度大约为电芯高度的三分之二，当然，在其它可选的实施方式中，也可以将导热结构胶130的高度设置为其它数值，这里不作具体限定。
可选地，底板111、侧板113和顶盖115中至少一者设有流体通道，流体通道内通有换热流体，用于对电池箱100中的电池120进行换热。
本发明实施例还提供一种储能电池，包括至少一个如前述实施方式中任一项的电池箱100。该电池箱100中的电池120与外壳110通过导热结构胶130粘接固定，具有较好的结构稳定性和导热性能，同时可以简化电池箱100的装配工艺，装配零件数量更少，装配效率更高，可节约生产成本，且电池箱100的产品品质能得到改善，安全性更高，稳定性更好。
综上所述，本发明实施例提供的电池箱100和储能电池，其具有以下几个方面的有益效果：
本发明实施例提供的电池箱100，采用导热结构胶130对电池120进行固定，即电池箱100的外壳110与电池120通过导热结构胶130粘接固定，能够减少电池箱100的装配零件数量，提高装配效率，装配工艺更加简单。导热结构胶130的导热系数λ和吸水率ω满足关系式：0.3≤λ/ω≤40。经发明人长期研究发现，导热结构胶130的导热系数和吸水率切相关：当增加填料，导热系数可以得到提升，但填料增多也会引起吸水率提升，吸水率提升会造成绝缘耐压性能下降，影响了电池箱的安全性能。反之，减少填料，导热系数会降低，导热性能下降。填料减少，有利于控制吸水率，控制较低的吸水率有利于提高绝缘耐压性能。当导热结构胶130的导热系数和吸水率满足上述关系时，既能充分发挥导热结构胶130的导热性能，又能满足电池箱的绝缘要求，达到导热结构胶130的导热性能和绝缘耐压性能的优化，有利于提高电池箱产品的安全性。
本发明实施例提供的电池箱100，包括上述的导热结构胶130，电池箱的外壳和电池通过上述的导热结构胶130粘接，装配零件更少，装配效率更高，有利于节约生产成本，提高生产效率，此外，能够充分发挥导热结构胶130的导热性能和绝缘耐压性能，提高电池箱100的安全性能，提升电池箱100的产品品质，进而提高储能电池的安全性和产品品质。
以上所述，仅为本发明的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应以所述权利要求的保护范围为准。
Claims (10)
1.一种电池箱，其特征在于，包括外壳和设于所述外壳内的电池，所述外壳与所述电池通过导热结构胶粘接，所述导热结构胶的导热系数为λ，单位W/mK，所述导热结构胶的吸水率为ω，单位％，且所述导热系数λ和所述吸水率ω满足关系式：0.3≤λ/ω≤40。
2.根据权利要求1所述的电池箱，其特征在于，所述导热系数λ和所述吸水率ω满足关系式：0.7≤λ/ω≤6，其中，所述导热系数λ的单位为W/mK，所述吸水率ω的单位为％。
3.根据权利要求1所述的电池箱，其特征在于，所述导热结构胶的导热系数λ为0.8W/mK～3.9W/mK，所述导热结构胶的吸水率ω为0.1％～3％。
4.根据权利要求3所述的电池箱，其特征在于，所述导热结构胶的导热系数λ为1.1W/mK～3W/mK；所述导热结构胶的吸水率ω为0.5％～1.5％。
5.根据权利要求1所述的电池箱，其特征在于，所述导热结构胶处于固态时按照3820DCV的测试标准，其漏电流小于1mA，所述导热结构胶处于固态时按照2500DCV的测试标准，其绝缘电阻大于100MΩ。
6.根据权利要求1所述的电池箱，其特征在于，所述导热结构胶包括按重量计的以下组分：主料50-60份、填料30-50份、固化剂1-10份、分散剂4-6份、催化剂4-6份、消泡剂4-6份、流平助剂4-6份和阻燃剂1-2份。
7.根据权利要求6所述的电池箱，其特征在于，所述主料包括聚氨酯、丙烯酸和环氧树脂中的至少一种；
所述填料包括碳化硅、氮化铝、氮化硼、氧化铝、氧化镁、氧化锌、氧化钛、氮化铍、氮化硅、二氧化硅和水滑石中的至少一种；
所述固化剂包括脂肪族胺类固化剂、芳香族二胺类固化剂、双氰胺类固化剂、咪唑类固化剂、有机酸酐类固化剂和有机酰肼类固化剂中的至少一种或多种混合物；
所述分散剂包括聚乙二醇2000，三聚磷酸钠、聚丙烯酸钠、油酸、十八醇和十二烷基苯磺酸钠中的至少一种或多种混合物；
所述催化剂包括苯甲醇、烷基酚、苄醇、DMP-30、三乙醇胺、乙基哌嗪、壬基苯酚中的至少一种或多种混合物；
所述消泡剂包括6800消泡剂、900消泡剂、JUST5501消泡剂、BYK-141消泡剂、BYK-A535消泡剂、KS-603消泡剂、AKN-3386消泡剂和AKN-3330消泡剂中的至少一种或多种混合物；
所述流平助剂包括有机硅类和丙烯酸酯类中的至少一种或多种混合物；
所述阻燃剂包括溴系阻燃剂、氮磷系无卤阻燃剂、锑系阻燃剂、氢氧化铝、氢氧化镁中的至少一种或多种混合物。
8.根据权利要求1至7中任一项所述的电池箱，其特征在于，所述外壳包括底板、侧板和顶盖，所述底板、所述侧板和所述顶盖共同围合形成容置腔体，所述电池设于所述容置腔体内；所述导热结构胶设于所述底板、所述侧板和所述顶盖中的至少一者。
9.根据权利要求8所述的电池箱，其特征在于，所述底板、所述侧板和所述顶盖中至少一者设有流体通道，所述流体通道内通有换热流体。
10.一种储能电池，其特征在于，包括至少一个如权利要求1至9中任一项所述的电池箱。
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