CN1280400A - 箱式圆柱形镍氢动力电池组及其制造方法 - Google Patents

箱式圆柱形镍氢动力电池组及其制造方法 Download PDF

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蔡韵
俞东平
赵筱贞
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Abstract

本发明公开了一种箱式圆柱形镍氢动力电池组及其制造方法,其比能量>60瓦时/公斤,单体电池经串联一并联组成电压为24—48V,容量为5—20AH的电池组,用套管、夹板或带子捆扎固定在绝缘底板上,再将整块电池装入防震、通风的工程塑料或碳玻璃纤维复合材料电池箱中,箱的一端设有电力输出孔,侧端设有可移动盖板的充电孔,电池组中部设有热敏电阻等安全器件,用于电动自行车、电力助动车、轻型、电动摩托车的动力电源。

Description

箱式圆柱形镍氢动力电池组及其制造方法
本发明涉及一种动力电池，尤其是一种箱式圆柱形镍氢动力电池组及其制造方法。
九十年代，随着世界性控制治理大中城市环境污染，大力提倡绿色交通，各国相继投入开发应用电动汽车、电动摩托车、电力助动车和电动自行车等各种类型的电动交通工具。电动自行车具有无污染、低噪声、能耗少、故障率低、充电方便、易维修、轻巧、灵活、实用等一系列特点，已被人们接受，成为二十世纪末现代大中型城市，最具发展前景的绿色交通工具。
现代电动自行车的电力驱动系统工程，一般是由动力电池、电机驱动器、电子控制器和充电器以及相应的指示仪表等组成。其中动力电池是电动自行车电力驱动系统工程开发应用与产业化的核心，由于动力电池的应用技术特征、形状尺寸、重量和制造成本对电动自行车的整车结构、外观设计、整车总量、一次充电续行里程和电动自行车的制造成本与安全性、实用性以及控制环境污染的作用大小等具有很大影响，故一直受到有关方面的关注。
现有技术中，电动自行车的动力电池大部分采用比能量为25-30wh／kg，能量密度65wh／l左右，充放电使用寿命200-300次的小型免维护铅酸电池或比能量为30-35wh／kg，能量密度85wh／l左右，充放电使用寿命500次左右的镍镉电池。这二种电池用于电动自行车由于比能量和能量密度较小，且在大量制造过程中铅与镉都严重污染环境，特别镉属有毒物质，回收处理不当，将严重为害人类健康，故许多国家地区已采取措施禁止销售。并大力开发比能量和能量密度较大，使用寿命更长，不含铅和镉，在制造和应用过程中却不污染环境和新型绿色动力电池。(参见专利申请号95109468．8、ZL95227246．6)
本发明的目的是提供一种比能量大和无铅、无镉、在制造和应用、回收各个流通环节都无污染的绿色镍氢动力电池。可供不同类型的电动自行车作为动力电池，也可供轻型电动摩托车、电力助动车用作动力电池。
为解决上述任务，本发明采用的技术方案是：
一种箱式圆柱形镍氢动力电池组，包括动力电池，其特征在于：该动力电池组是由单体圆柱形镍氢电池构成，还包括联结片、工程塑料或碳玻璃纤维复合材料电池箱、盖板、固定螺钉、绝缘底板、塑料封套、夹板或捆扎带、电力输出孔与充电孔、插接器、热敏电阻或PCT电阻、绝缘防震等元件，所述箱式圆柱形镍氢动力电池的电压为24-48V，电容量为5-20AH，比能量＞60wh／kg，能量密度＞140wh／l，循环使用寿命＞600次，并可按电动自行车，轻型摩托车和电力助动车的外观与结构设计要求组装成扁平行、矩形、圆柱形、义形等不同形状的镍氢电池组和相应的电池箱。
一种箱式圆柱形镍氢动力电池的制造方法，其特征在于：
1．采用快速凝固贮氢合金作负极制成的单体圆柱形镍氢动力电池的电压为1．2V，电容量2．5-20AH，外形尺寸直径17-42mm，高度60-100mm，比能量＞60wh／kg，能量密度＞140wh／l，循环使用寿命＞600次，同一电池组的单体电池电容量控制＜1％，电阻与内阻控制＜1％，放电特性一致。
2．对不同容量的单体圆柱形镍氢电池，经容量、内阻、内压、充放电特性曲线检测分组选配。加以串联把电池组的电压提高到24-48V。并根据设计要求把电池组并联控制电容量在5-20AH范围，单体电池的联结采用电子点焊联结片，焊接时要绝对避免电池外壳穿孔。
3．经串联／并联的镍氢电池组用绝缘底板和塑料封套、夹板或捆扎带捆扎，固定相互位置，再将整块电池组装入防震、通风、绝缘的工程塑料电池箱，并用埋头螺钉将盖板封妥。
4．工程塑料或碳玻璃纤维复合材料电池箱，按电动自行车不同的结构和外观设计要求，采用ABS工程塑料或碳玻璃纤维复合材料整体注塑成型工艺加工扁平形、矩形、棍形等不同形状、大小的电池盒壳体与冲制盖板。用埋头螺钉固定成为一个整体电池箱。在壳体上设置电力输出孔、充电孔与通风孔，并按电动自行车结构设计安装要求，在电池箱壳体外部相应设置固定装置。
5．为了便于在电动车上拆卸、更换镍氢动力电池或充电，在电池盒的端部设有电力输出孔并安装接插件以便与电动自行车的电子控制器相联结，在电池箱的侧端设有充电孔，以便联结便携式快速充电器。
6．在动力电池箱内装热敏电阻或正温度系数PCT电阻等安全器件控制电池组的温度，并在电池箱的上方设置排气孔，以利通风冷却和保证电池安全阀中泄出的氢气有效排出和防止意外事故。
采用上述方案后，由于电池组采用了镍氢电池，无铅无镉，因而从制造到应用以及回收诸环节均无毒无污染，而且比能量＞60wh／kg，能量密度＞140wh／l，循环使用静＞600次，可供电动自行车等轻型电力车用作动力电池。
下面结合附图对本发明的具体实施方式作进一步详细的描述。
图1是扁平箱式圆柱形镍氢动力电池的示意图。图中1是镍氢动力电池组；2是电池箱壳体；3是盖板；4是电力输出孔；5是充电孔；6是通风孔。
图2是本发明的箱式柱形镍氢动力电池的组装方式示意图(一)；
图2a是本发明的箱式圆柱镍氢动力电池的组装方式示意图(二)；
图2b是本发明的箱式圆柱镍氢动力电池的组装方式示意图(三)；
图2、图2a和图2b的标号名称如下：
11是圆柱形镍氢动力电池；12是联结片；13是捆扎带；14是绝缘底板。
图3是单体圆柱镍氢动力电池在20℃的放电特性曲线(一)；
图3a单体圆柱形镍氢动力电池在20℃的放电特性曲线(二)；
图4是扁平形镍氢动力电池箱的放电特性曲线(一)；
图4a是扁平形镍氢动力电池箱的放电特性曲线(二)；
表1所示为电动自行车、电力助动车、轻型电动摩托车用圆柱形镍氢动力电池的常用型号与主要性能。
以下是本发明的实施例：
实施例一
根据本发明制造的24V 5AH箱式圆柱形镍氢动力电池组，采用HR17／70型1．2V 2．8AH圆柱形镍氢电池，42支，经电池特性容量控制土2％，电阻控制土2％，充放电特性曲线均匀一致。每7只一组用联结片点焊进行串联联结，共21支电池把电压提高到25．2V，固定在绝缘板上，组成一个25．2V 5AH的组合电池块，然后把另外21支HR17／70型圆柱形镍氢电池也组成一个组合电池块。再把二块组合电池并联成为25．2V 5AH的电池组，进行塑料包套固定位置，再装入具有防震、绝缘、通风的扁平形工程塑料电池盒的壳体内并接上电力输出和充电用导线与接插件和热敏电阻等安全元件，再把电池盒盖用埋头螺钉固定密封，并检测各项技术特性，合乎要求即成为扁平形24V、5AH镍氢动力电池。
经用于EB-2型轻型电动自行车，用“人力合力”电子控制器其一次充电续行里程为＞40公里。完全充电时间12-14小时，快速充电1-2小时。
实施例二
根据本发明制造的24V 6AH箱式圆柱形镍氢动力电池，采用HR26／70型1．2V 6．5AH圆柱形镍氢电池21支，经电池特性选配，容量控制1％，电阻控制1％，充放电特性曲线均匀一致。每7只一组用联结片点焊进行串联联结，共3组，电池提电压提高到25．2V，固定在绝缘板上。组成一个25．2V 6．5AH的组合电池块。在电池块中部装上热敏电阻等安全元件，装入具有防震、绝缘、通风的扁平形工程塑料电池箱的壳体内，并接上电力输出导线和充电导线以及引出电力的接插件，再把电池盒盖板用埋头螺钉固定、密封，并检测各项技术特性，合乎要求即成为扁平形盒式24V 6．5AH镍氢动力电池。
本实施例二的24V 6．5AH箱式动力电池，经用于EB2407型轻型电动自行车，一次充电用“人电合力”电子控制器为＞45公里，续行里程，电动行驶为30公里。完全充电时间12-14小时，快速充电1-2小时。
实施例三
根据本发明制造的24V 9AH箱式圆柱形镍氢动力电池，采用HR3360型1．2V 9AH圆柱形镍氢电池21支，经电池特性选配，容量控制1％，电阻控制1％，充放电特性曲线均匀一致。每7只一组用联结片点焊进行串联联结，共3组，把电池的电压提高到25．2V，固定在绝缘板上，组成一个25．2V 9AH的组合电池块。在电池块中部装上热敏电阻等安全元件，装入具有防震、绝缘、通风的扁平形工程塑料电池盒壳体内，并接上电力输出导线和充电导线以及引出电力的接插件。再把电池盒板用埋头螺钉固定密封并检测各项技术特性，合乎要求即成为扁平形箱式24V 9AH镍氢动力电池。
本实施例三的24V 9AH箱式镍氢动力电池，经用于EB2409型轻型电动自行车，一次充电续行里程：电力驱动40公里，人电合力驱动＞60公里。完全充电时间12-14小时，快速充电时间1-2小时。
实施例四
根据本实用新型制造的24V 12AH矩形箱式圆柱形镍氢动力电池，采用HR33／90型1．2V 12AH圆柱形镍氢电池20支，经电池特性选配，容量控制＜1％，电阻控制＜1％，充放电电特性曲线均匀一致。圆柱形镍氢电池用串联提高电压并用夹板固定相对位置，在矩形电池箱中的接线路图如图5所示。24V 12AH矩形箱式圆柱形镍氢动力电池箱的总装图如图6所示。图中：1-充电插座与热敏电阻，2-密封盖，3-矩形电池箱上盖，4-矩形电池箱壳体，5-固定螺钉，6-电池夹板，7-HR33／90型镍氢电池，8-联结镍带，9-12AH电源插座，10-PTC热敏电阻自复保险丝。
本实例四的24V 12AH矩形箱式镍氢动力电池，经用于EB2412型轻型电动自行车，一次充电续行里程：电力驱动40公里，人电合力驱动＞80公里，完全充电时间12-14小时，快速充电时间1-2小时。
圆柱形镍氢动力电池的型号与主要性能表
型号     外形尺寸MM 公称电压V 公称容量mAh 重量g(约) 比能量wh／kg 循环寿命次0．3C充放电 充电，电流mAh／时间hr
    直径    高度     标准     快速
    1  HR17／70  +017．0-0．7  +070-1．5     1．2     2800     55     61．09  ＞600  300／12-14  1400／2
    2  HR23／84  +023．0-1．0  +084-1．5     1．2     5600     112     60  ＞600  500／12-14  2800／2
    3  HR26／70  +025．8-1．0  +070-1．5     1．2     6500     125     62．4  ＞600  600／12-14  3000／2
    4  HR33／60  +033．0-1．0  +061-1．5     1．2     9000     170     63．5  ＞600  800／12-14  3000／3
    5  HR33／90  +033．0-1．0  +090-1．5     1．2     12，000     220     65．4  ＞600  1000／12-14  4000／3
    6  HR42／90  +042．0-1．0  +090-1．5     1．2     20，000     400     60  ＞600  2000／12-14  5000/4

Claims (5)

1．一种箱式圆柱形镍氢动力电池组包括动力电池，其特征在于：该动力电池组是由单体圆柱形镍氢电池构成，还包括联结片、工程塑料或碳玻璃纤维复合材料电池箱、盖板、固定螺钉、绝缘底板、塑料封套或捆扎带、电力输出与充电孔、接插器、热敏电阻或PCT电阻、绝缘防震等元件，所述箱式圆柱形镍氢动力电池组的电压24-48V，电容量5-20AH，比能量＞60wh／kg，能量密度＞140wh／l，循环使用寿命＞600次，并可按电动自行车、轻型摩托车和电力助动车的外观与结构设计要求组装成扁平形、矩形、圆柱形、义形等不同形状的镍氢动力电池组和相应的电池箱。
2．根据权利要求1所述的一种箱式圆柱形镍氢动力电池组，其特征在于：所述工程塑料电池壳箱由电池箱体和盖板组成，并用埋头螺钉固接构成一个整体电池箱。
3．根据权利要求1所述的一种箱式圆柱形镍氢动力电池组，其特征在于：所述工程塑料电池箱的壳体上设置电力输出孔、充电孔和通风孔。
4．根据权利要求1所述的一种箱式圆柱形镍氢动力电池组，其特征在于：在所述工程塑料电池箱壳体外部按电动自行车结构设计安装要求相应设置固定装置。
5．一种根据权利要求1所述的箱式圆柱形镍氢动力电池组的制造方法，其特征在于：
1)采用快速凝固贮氢合金作负极制成的单体圆柱形镍氢动力电池的电压为1．2V，电容量2．5-20AH，外形尺寸直径17～42mm，高度60～100mm，比能量＞60wh／kg，能量密度＞140wh／l，循环使用寿命600次，同一电池组的单体电池容量控制＜1％，电阻与内阻控制＜1％，充放电特性一致；
2)对不同容量的单体圆柱形镍氢电池，经容量、内阻、内压充放电特性曲线检测分组选配，加以串联把电池组的电压提高到24-48V，并根据设计要求和把电池组并联，控制电容量在5-20AH范围，单体电池联结采用电子点焊联结片，焊接时要绝对避免电池外壳穿孔；
3)经串联／并联的镍氢电池组用绝缘底板和塑料封套或捆孔带捆扎，固定相互位置，再将整块电池组装入防震、通风、绝缘的工程塑料电池箱，并用埋头螺钉将盖板封妥。
4)工程塑料电池箱采用ABS工程塑料或碳玻璃纤维复合材料整体注塑成型工艺加工成设计所需的扁平形、矩形、圆柱形、义形等不同形状、大小的电池箱壳体与冲制盖板。
5)为便于在电动车上拆卸，更换镍氢动力电池或充电，在工程塑料电池箱的端部开设有电力输出孔并安装插接器，以便与电动自行车的电子控制器相联结，在工程塑料电池箱的侧端设有充电孔，以便联结便携式快速充电器。
6)在工程塑料电池箱内装设热敏电阻或正温度系数PCT电阻等安全器件控制电池组的温度，并在其上方设置排气孔，以利通风冷却和保证电池安全阀中泄出的氢气有效排出和防止意外事故。
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