CN115810857A - 一种通用动力电池模块结构、更换方法及车辆 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种通用动力电池模块结构、更换方法及车辆，包括：电池仓，所述电池仓为由车身底部的车身梁与底板构成的容纳空间；若干个动力电池模块，均放置在电池仓内，所述动力电池模块内布置有若干串并而成的动力电芯，每个动力电池模块均设置有正负极接口和采集信号接口；电气连接装置，用于将动力电池模块连接成组，进行动力电池模块的串并联以及采集信号传递。动力电池小型化模块化，比现有的技术整体式动力电池，很容易实现不同车型间的电池共用，易于实现标准化，和换电通用性，梯次利用便利性，并且降低成本。

Description

一种通用动力电池模块结构、更换方法及车辆

技术领域

本发明属于动力电池模块技术领域，具体涉及一种通用动力电池模块结构、更换方法及车辆。

背景技术

本部分的陈述仅仅是提供了与本发明相关的背景技术信息，不必然构成在先技术。

关于动力电池模块，当前技术中，第一种情况，由若干个电芯组成电池模组，若干个电池模组成组到一个动力电池包，动力电池总成作为一个整体，从下往上安装在车身底部。第二种情况，由若干个电芯成组为一个动力电池包，动力电池总成作为一个整体，从下往上安装在电动汽车的车身底部。

上述动力电池总成作为一个整体的动力电池集成方式会占用整个底部空间，如果满足车身在侧碰时刚度和强度安全，车身梁和底部需要的强度很高，车辆轻量化程度无法进一步提高。

另外，各车型能提供的动力电池总成安装空间、尺寸均不同，同样一款动力电池总成在同一厂商通用可能性极小，在不同汽车厂商的车型通用完全无法实现。

此外，由于锂离子电池自身特性，不同厂商生产动力电池电芯、动力电池总成不能相互替代。同时不同车型的动力电池，由于尺寸、性能需求不一，通用性极低。换电站对于不同厂商的新能源车辆，同一厂商的不同车型平台均要准备不同的动力电池和换电结构，换电站无法实现统一标准，一般不具备实现换电的可能性，例如cell to classic技术就无法实现换电。

由此，目前的使用电池提供能源的车辆存在着动力电池总成以及动力电池模块不统一且动力电池模块由于集成导致占用空间较大、不方便根据实际需要进行更换动力电池模块的问题。

发明内容

本发明为了解决上述问题，提出了一种通用动力电池模块结构，本发明能够解决动力电池占用车身空间大，影响车身刚度、强度、轻量化的问题，解决换电方便的问题，解决通用性的问题。

根据一些实施例，本发明采用如下技术方案：

第一方面，公开了一种通用动力电池模块结构，包括：

电池仓，所述电池仓为由车身底部的车身梁与底板构成的容纳空间；

若干个动力电池模块，均放置在电池仓内，所述动力电池模块内布置有若干串并而成的动力电芯，每个动力电池模块均设置有正负极接口和采集信号接口；

电气连接装置，用于将动力电池模块连接成组，进行动力电池模块的串并联以及采集信号传递。

作为进一步的技术方案，所述若干个动力电池模块通过抽屉式或者轨道推拉式安装在车体的侧面底部，不影响车门的开启及关闭。

作为进一步的技术方案，所述动力电池模块还包括壳体，用于容纳若干串并而成的动力电芯，所述壳体的连接处以及接口处均设置有密封结构。

作为进一步的技术方案，所述电池仓被利用隔板划分为多个用于容纳待安装动力电池模块的空间。

作为进一步的技术方案，所述电池仓内沿车体前行方向的中间位置设置一竖向隔离板，位于竖向隔离板的两侧且沿与竖向隔离板垂直方向均分或者不均分的方式设置多个横向隔离板，通过该方式隔离获得多个容纳待安装动力电池模块的空间。

作为进一步的技术方案，所述电池仓内设置有限位及固定结构，在动力电池模块安装时，通过限位及固定结构将动力电池模块限位固定在所述电池仓内，限位及固定结构解锁后，所述动力电池模块能够从电池仓侧面被抽出。

作为进一步的技术方案，还包括动力驱动装置，安装在电池仓内，便于动力电池模块抽出和插入电池仓内。

第二方面，公开了通用动力电池模块结构的更换方法，包括：

解除待更换动力电池模块与电气连接装置的连接，解锁电池仓内的限位及固定结构，将待更换动力电池模块从电动汽车侧面抽出；

更换完毕后，将更换后的动力电池模块从电动汽车侧面插入电池仓，锁紧限位及固定结构，并把更换后的动力电池模块与电气连接装置连接。

第三方面，公开了一种车辆，所述车辆采用通用动力电池模块结构。

作为进一步的技术方案，所述车辆为两轮电瓶车、电动汽车或者混合动力汽车。

与现有技术相比，本发明的有益效果为：

本发明技术方案采用动力电池模块的数据可以根据电池仓的大小、车辆的电能需求等确定，具体的，采用电气连接装置，将动力电池模块连接成组，进行动力电池模块的串并联以及采集信号传递，可以满足不同车型的电池需求。

本发明技术方案将电池仓划分为不同的容纳空间，合理利用车身结构空间、整车轻量化、不同车型平台动力电池通用性、换电便利。

本发明技术方案中电池仓与车身底部为一体结构，易于实现轻量化，降低能耗，增强了车身强度和刚度，有利于车辆抵抗变形、碰撞，保证安全性。

本发明技术方案的直接采用动力电池模块结构与整车的集成，相比于现有技术从电池模组构成电池包，电池包再与整车集成的方式，减少了中间环节和工序，降低了成本，增加了经济性。

本发明附加方面的优点将在下面的描述中部分给出，部分将从下面的描述中变得明显，或通过本发明的实践了解到。

为使本发明的上述目的、特征和优点能更明显易懂，下文特举较佳实施例，并配合所附附图，作详细说明如下。

附图说明

构成本发明的一部分的说明书附图用来提供对本发明的进一步理解，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。

图1为本公开实施例子的电动汽车与电池仓位置关系示意图；

图2为本公开实施例子的电池仓的主体内部结构示意图；

图3为本公开实施例子动力电池模块外形示意图；

图4为本公开实施例子动力电池模块从电池仓中拆装示意图。

图中，1：电动汽车，2：电池仓，2-1：电池仓主体，2-2电池仓盖，3：动力电池模块，3-1动力电池模块的正负极接口，3-2动力电池模块的采集信号接口，4：电气连接装置，4-1：高压连接系统，4-2低压连接系统。

具体实施方式：

下面结合附图与实施例对本发明作进一步说明。

应该指出，以下详细说明都是例示性的，旨在对本发明提供进一步的说明。除非另有指明，本文使用的所有技术和科学术语具有与本发明所属技术领域的普通技术人员通常理解的相同含义。

需要注意的是，这里所使用的术语仅是为了描述具体实施方式，而非意图限制根据本发明的示例性实施方式。如在这里所使用的，除非上下文另外明确指出，否则单数形式也意图包括复数形式，此外，还应当理解的是，当在本说明书中使用术语“包含”和/或“包括”时，其指明存在特征、步骤、操作、器件、组件和/或它们的组合。

实施例一：

在本实施例中，以应用至电动汽车的通用动力电池模块结构进行举例说明，但并不代表本发明提供的通用动力电池模块结构仅能适用于电动汽车中。其也可以根据使用对象的不同，适用于其他需要动力的装置。

在本实施例子中，公开了一种通用动力电池模块结构，包括：

电池仓，所述电池仓为由车身底部的车身梁与底板构成的容纳空间；

多个动力电池模块，均放置在电池仓内，所述动力电池模块内布置有若干串并而成的动力电芯，每个动力电池模块均设置有正负极接口和采集信号接口；

电气连接装置，用于将动力电池模块连接成组，进行动力电池模块的串并联以及采集信号传递。

上述动力电池模块3可以作为一个标准单元，包括壳体，壳体内布置有若干动力电芯串并而成，对外有正负极接口3-1和采集信号接口3-2，分别开设在壳体的朝向外部的一个侧面上，动力电池模块3的外壳和接口均有防水防尘的密封结构，该密封结构可以为密封条、密封胶或者密封圈等相关结构，由于动力电池模块作为一个独立的单元放置在电池仓内，且位于汽车的底部，由于所处的环境等因素，需要动力电池模块3为密封良好的结构，避免多余的水和灰尘等异物进入动力电池模块3内部，影响动力电池模块的性能。

图3动力电池模块3的主体长方体仅为说明，实施中动力电池模块3的形状也可以设置为圆柱形、棱柱形之类等截面主体形状，均在本专利保护范围内。

动力电池模块3放置在电池仓内，电动汽车1车身底部有车身梁与底板形成的电池仓2，电池仓2包括电池仓主体2-1结构，包括底板及多个隔板，可容纳若干个动力电池模块3并固锁。

更为具体的，车身底部底板，车身底部前后为车身梁，车身梁的上面为上盖板，上盖板与底板之间设置有多个隔板，分别为竖向隔板及多个横向隔板，隔板的高度与车身梁的高度一致。

其中，电池仓内沿车体前行方向的中间位置设置一竖向隔离板，位于竖向隔离板的两侧且沿与竖向隔离板垂直方向均分或者不均分的方式设置多个横向隔离板，通过该方式隔离获得多个容纳待安装动力电池模块的空间。

图2所示的电池仓含有12个动力电池模块3的空间，从车身两侧均可拆装动力电池模块3，仅为举例。具体实施中，根据需求电池仓2可以采用≥3个动力电池模块3的空间，均在本专利方案的保护要求内。

上述多个动力电池模块3，分别从电动汽车1侧面底部抽屉式安装。抽出和插入过程可以利用电池仓内的弹性蓄能机构或者其他动力驱动装置完成，以实现省力轻便的效果。

一种可行的实施方式中，弹性蓄能机构包括蓄能组件和限位组件，所述蓄能组件包括第一滑块和第一弹性件，所述第一滑块滑动安装于所述第一滑槽，所述限位组件包括第二滑块和第二弹性件，所述第二滑块滑动安装于所述第二滑槽，所述第一弹性件连接于底壁并能够驱使所述第一滑块沿远离所述第二滑块的方向移动，所述第二弹性件连接于底壁并能够驱使所述第二滑块沿朝向第一滑块的方向移动，通过蓄能组件将关闭抽屉时的部分能量转化为第一弹性件的弹性势能，然后在打开抽屉的时候，第一弹性件能够将弹性势能释放而推动第一滑块，使第一滑块推动推杆，而且第一弹性件初始推动第一滑块的时候，第一弹性件的形变最大从而能够产生最大的推力，因此能够使抽屉克服阻力而脱离闭合位置并向外滑出，从而实现抽屉的自动弹出。

图4所示动力电池模块3从电池仓2中拆装方向仅为示意。具体实施中，电池仓2内的动力电池模块3可以从左侧拆装，可以从右侧拆装，以及左右两侧均允许拆装，以上改进方式均在本专利方案的保护要求内。

最终所形成的电池仓为设置在车体底部的方体结构，由于位于车体的最底部，上述动力电池模块3大小的设置可以在安装在电池仓后确保不影响车辆其他部件的使用，不影响车门的开启及关闭。

另外，为了实现在电池仓内对动力电池模块3的限位及固定作用，避免车辆在行驶的过程中由于震动及启停导致的动力电池模块3在电池仓内的移动，在电池仓内还设置有限位及固定结构，上述限位及固定结构可以采用现有技术来实现，例如，采用多个限位板设置在电池仓的内部，多个限位板将动力电池模块3进行限位，避免不在设定的范围内，固定结构可以采用固定螺栓及配套的直角板等结构实现，此处不再进行详述。

当限位及固定结构解锁后，动力电池模块3可以从电池仓2侧面抽出。

为了满足不同的车辆的电池模块的需求，本实施例子中技术方案的电气连接装置4，电池仓2内的若干动力电池模块3的正负极接口3-1和采集信号接口3-2，通过电气连接装置4连接，将动力电池模块3连接成组，实现动力电池模块3的串并联和采集信号传递，以满足电动汽车1对动力电池的功能需求。通过采集信号接口3-2连接至电池管理系统，便于接收所有动力电池模块3的采集信号，及时了解动力电池模块3的工作状态。

电气连接装置4包括高压连接系统4-1及低压连接系统4-2，在动力电池模块3安装之后，将高压连接系统4-1及低压连接系统4-2分别设置在动力电池模块3的外侧，便于与正负极接口3-1和采集信号接口3-2连接，之后，利用电池仓盖2-2卡和在电池仓的两侧。

高压连接系统是将动力电池模块的输出极串并联起来，整车动力输出或充电回路的一部分，其布置在电池仓内；低压连接系统是将动力电池模块的采集信号接口连接到电池管理系统，且也布置电池仓内。

作为一种实施方式，高压连接系统包括用于连接充电车的充电高压接口，用于连接受电车的受电高压接口，充电高压接口与受电高压接口之间设有一个用于转换电压的匹配DC/DC模块。

所述低压连接系统包括两个线束出口卡座和至少两个低压连接器，低压连接器的数量与线束出口卡座的数量一致，低压连接器卡设在线束出口卡座内；电池模组的采集线束一端与电芯连接，另一端穿过线束出口卡座与低压连接器连接。

电气连接装置4还可以与其他电器连接。图4中的电气连接装置4位置仅为示意，具体实施可以布置在电池仓中间、内侧、外侧，或者电动汽车的其他位置。

通过多个动力电池模块3来形成模块结构，实现动力电池的小型化、标准模块化，将现有技术的动力电池总成化从一个集成单元划分为多个模块，不同车型可以电池仓内的自由组合相应数量的动力电池模块，实现了合理利用车身结构空间、整车轻量化、不同车型平台动力电池通用性、换电便利，可以为以后实行标准换电站、替代油气能源，提供了基础解决方案。

需要说明的是，现有的电池与车辆底板的集成属于cell to classic集成，集成结构目标是减少电芯集成到整车的冗余件，是车辆对应的电池包必须的专用设计，不能实现动力电池模块的通用性，且无法实现换电。而在本申请技术方案中，电池仓与车身底部一体结构，与现有技术相比，易于实现轻量化，降低能耗，增强了车身强度和刚度，有利于车辆抵抗变形、碰撞，保证安全性。

本申请技术方案实现了从模块到整车的集成，相比于现有技术从模块到电池包再到整车，减少了中间环节和工序，降低了成本，增加了经济性。

本申请技术方案动力电池小型化模块化，比现有的技术整体式动力电池，很容易实现不同车型间的电池共用，易于实现标准化，和换电通用性，梯次利用便利性，并且降低成本。

本申请技术方案可以实现动力电池模块用于两轮电瓶车、储能等其他需要动力的领域，实现更大领域的标准化和通用性。

实施例二：

基于实施例一的通用动力电池模块结构，公开了一种通用动力电池模块结构的更换方法，包括：

在需要更换动力电池模块3时，解除动力电池模块3与电气连接装置4的连接，限位及固定结构解锁，使动力电池模块3可以从电动汽车1侧面抽出。

更换完毕后，将动力电池模块3从电动汽车1侧面插入电池仓2，锁紧限位及固定结构，并把动力电池模块3与电气连接装置4连接。

在一实施例子中，解锁时，同步断开电气连接装置4与动力电池模块3的连接。锁定时，同步完成电气连接装置4与动力电池模块3的连接。

实施例三：

本实施例子中，公开了一种车辆，所述车辆采用实施例子一中的通用动力电池模块结构。

上述车辆可以为两轮电瓶车、电动汽车或者混合动力汽车。

本发明可以实现通用动力电池模块结构用于两轮电瓶车、储能等其他需要动力的领域，实现更大领域的标准化和通用性。

上述虽然结合附图对本发明的具体实施方式进行了描述，但并非对本发明保护范围的限制，所属领域技术人员应该明白，在本发明的技术方案的基础上，本领域技术人员不需要付出创造性劳动即可做出的各种修改或变形仍在本发明的保护范围以内。

Claims (10)

1.一种通用动力电池模块结构，其特征是，包括：

电池仓，所述电池仓为由车身底部的车身梁与底板构成的容纳空间；

若干个动力电池模块，均放置在电池仓内，所述动力电池模块内布置有若干串并而成的动力电芯，每个动力电池模块均设置有正负极接口和采集信号接口；

电气连接装置，用于将动力电池模块连接成组，进行动力电池模块的串并联以及采集信号传递。

2.如权利要求1所述的一种通用动力电池模块结构，其特征是，所述若干个动力电池模块通过抽屉式或者轨道推拉式安装在车体的侧面底部，不影响车门的开启及关闭。

3.如权利要求1所述的一种通用动力电池模块结构，其特征是，所述动力电池模块还包括壳体，用于容纳若干串并而成的动力电芯，所述壳体的连接处以及接口处均设置有密封结构。

4.如权利要求1所述的一种通用动力电池模块结构，其特征是，所述电池仓被利用隔板划分为多个用于容纳待安装动力电池模块的空间。

5.如权利要求4所述的一种通用动力电池模块结构，其特征是，所述电池仓内沿车体前行方向的中间位置设置一竖向隔离板，位于竖向隔离板的两侧且沿与竖向隔离板垂直方向均分或者不均分的方式设置多个横向隔离板，通过该方式隔离获得多个容纳待安装动力电池模块的空间。

6.如权利要求1所述的一种通用动力电池模块结构，其特征是，所述电池仓内设置有限位及固定结构，在动力电池模块安装时，通过限位及固定结构将动力电池模块限位固定在所述电池仓内，限位及固定结构解锁后，所述动力电池模块能够从电池仓侧面被抽出。

7.如权利要求1-6任一所述的一种通用动力电池模块结构，其特征是，还包括动力驱动装置，安装在电池仓内，便于动力电池模块抽出和插入电池仓内。

8.如权利要求1-7任一所述的通用动力电池模块结构的更换方法，其特征是，包括：

解除待更换动力电池模块与电气连接装置的连接，解锁电池仓内的限位及固定结构，将待更换动力电池模块从电动汽车侧面抽出；

更换完毕后，将更换后的动力电池模块从电动汽车侧面插入电池仓，锁紧限位及固定结构，并把更换后的动力电池模块与电气连接装置连接。

9.一种车辆，其特征是，所述车辆采用权利要求1-7任一所述的通用动力电池模块结构。

10.如权利要求9所述的一种车辆，其特征是，所述车辆为两轮电瓶车、电动汽车或者混合动力汽车。

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