CN219393554U - 电池包结构、电池系统及车辆 - Google Patents

Abstract

本实用新型提供了一种电池包结构、电池系统及车辆，包括壳体、分隔板以及若干个电芯，壳的顶部设有与承重横梁上下对应的避让腔，壳体的侧部可拆卸连接有侧封板；分隔板沿上下方向设置于壳体内，分隔板能够分隔壳体的内腔为至少两个容置腔；若干个电芯分别沿上下方向排布于容置腔内。本实用新型提供的电池包结构，壳体顶部的避让腔可对底盘上的承重横梁形成避让，便于提升电池包的安装高度，提升车下空间的利用率；利用分隔板对壳体的内腔进行分隔，实现物理分区隔热的作用，避免电芯热失控时多个容置腔内发生热蔓延，电芯在容置腔内竖向设置且沿车身前后方向层叠排布，分隔板的设置便于增强电芯摆放区域的强度、扭转刚度等力学性能。

Description

电池包结构、电池系统及车辆

技术领域

本实用新型属于车用电池包结构技术领域，更具体地说，是涉及一种电池包结构、电池系统及车辆。

背景技术

随着新能源技术的飞速发展，新能源商用车越来越多地用于交通运输中。新能源商用车的电池系统主要安装于底盘或驾驶室下方等位置。

现有的电池包受制于空间限制以及热扩散防护设计等因素的限制一般存储的电量较少，无法满足整车长续航工况的续驶里程需求。尤其是在温度较低的环境下，车辆的可续航里程也大大减少。如果采用大电量的电池包，不仅增加热扩散防护设计的难度，还容易引起电池包内部的热失控，影响行车的安全性。

实用新型内容

本实用新型的目的在于提供一种电池包结构、电池系统及车辆，能够提高电池包的续航能力，保证行车过程中的安全性。

为实现上述目的，本实用新型采用的技术方案是：提供一种电池包结构，包括：

壳体，安装于承重横梁的下方，壳体的顶部设有与承重横梁上下对应以避让承重横梁的避让腔，壳体具有开口朝向侧部的内腔，壳体的侧部可拆卸连接有侧封板；

分隔板，沿上下方向设置于壳体内、且与避让腔上下对应，分隔板能够分隔壳体的内腔为至少两个容置腔；

若干个电芯，分别沿上下方向排布于容置腔内。

在一种可能的实现方式中，壳体位于承重横梁前后两侧的两端面与壳体的顶面之间分别通过倾斜面过渡连接，其中一个倾斜面上设有与电芯电性连接的总正连接器，另一个倾斜面上设有与电芯电性连接的总负连接器。

一些实施例中，壳体内腔的腔底壁上设有换热板，换热板内设有供换热介质流动的介质流道，介质流道的进口通过进口管延伸至其中一个倾斜面外部，介质流道的出口通过出口管延伸至另一个倾斜面外部。

一些实施例中，位于同一容置腔内的相邻两个电芯之间以及电芯与换热板之间分别通过胶粘层粘接连接。

在一种可能的实现方式中，壳体的两端面分别设有防爆阀，其中一个倾斜面上设有灭火抑制管道接头。

在一种可能的实现方式中，每个容置腔内还分别设有至少一个水平延伸以承托于电芯下方的横隔板，电芯的极柱朝向侧封板一侧设置。

在一种可能的实现方式中，分隔板的数量为两个，容置腔的数量为三个，位于中间的容置腔的高度低于位于两侧的容置腔的高度，位于中间的容置腔的外顶壁低于位于两侧的容置腔的外顶壁，位于中部的容置腔内还设有位于电芯上方的电池管理系统从板。

在一种可能的实现方式中，容置腔内还设有用于限位电芯水平位置的限位块，限位块能够在电芯与壳体的内壁之间、或电芯与分隔板的侧壁之间形成隔热间隙。

本申请实施例所示的方案，与现有技术相比，本申请实施例提供的电池包结构，壳体顶部的避让腔可对底盘上的承重横梁形成避让，便于提升电池包的安装高度，提升车下空间的利用率；利用分隔板对壳体的内腔进行分隔，实现物理分区隔热的作用，避免电芯热失控时多个容置腔内发生热蔓延，电芯在容置腔内竖向设置且沿车身前后方向层叠排布，分隔板的设置便于增强电芯摆放区域的强度、扭转刚度等力学性能。

本实用新型还提供了一种电池系统，电池系统包括若干个电池包结构，若干个电池包结构沿车身前后方向层叠设置。电池系统可根据轴距大小设置不同长度的电池包结构，以兼容不同轴距的车型。同时，根据车辆的实际用电量需求，设置不同的电池包结构数量以满足不用运营场景的电量需求，满足商用车底盘充电或换电要求，提升整车市场竞争力。

本实用新型还提供了一种车辆，车辆包括电池系统。该车辆采用上述电池系统便于合理利用整车底盘空间，可以降低整车重心，解决现有布局整车重心高的问题，提升整车行驶稳定性提升整车空间利用率，有助于提升电池系统的体积能量密度和质量能量密度，满足整车不同使用场景的电量需求，增大了整车的续航里程，满足商用车底盘充电或换电要求，提升整车市场竞争力。

附图说明

为了更清楚地说明本实用新型实施例中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本实用新型的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本实用新型实施例提供的电池包结构的结构示意图；

图2为本实用新型实施例图1中电池包结构去除侧封板后的主视结构示意图；

图3为本实用新型实施例图2中Ⅰ的局部放大结构示意图。

其中，图中各附图标记：

1、壳体；11、避让腔；12、限位块；13、隔热间隙；2、分隔板；21、容置腔；22、换热板；23、横隔板；3、电芯；31、极柱；32、电池管理系统从板；4、侧封板；5、倾斜面；51、总正连接器；52、总负连接器；53、防爆阀；54、灭火抑制管道接头；55、进口管；56、出口管。

具体实施方式

为了使本实用新型所要解决的技术问题、技术方案及有益效果更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本实用新型进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本实用新型，并不用于限定本实用新型。

需要说明的是，当元件被称为“设置于”另一个元件，它可以直接在另一个元件上或者间接在另一个元件上。需要理解的是，术语“长度”、“宽度”、“上”、“下”、“前”、“后”、“顶”、“底”、“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实用新型和简化描述，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实用新型的限制。术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括一个或者若干个该特征。在本实用新型的描述中，“若干个”的含义是两个或两个以上，除非另有明确具体的限定。

请一并参阅图1至图3，现对本实用新型提供的电池包结构、电池系统及车辆进行说明。电池包结构，包括壳体1、分隔板2以及若干个电芯3，壳体1安装于承重横梁的下方，壳体1的顶部设有与承重横梁上下对应以避让承重横梁的避让腔11，壳体1具有开口朝向侧部的内腔，壳体1的侧部可拆卸连接有侧封板4；分隔板2沿上下方向设置于壳体1内、且与避让腔11上下对应，分隔板2能够分隔壳体1的内腔为至少两个容置腔21；若干个电芯3分别沿上下方向排布于容置腔21内。

本实施例提供的电池包结构，与现有技术相比，本实施例提供的电池包结构，壳体1顶部的避让腔11可对底盘上的承重横梁形成避让，便于提升电池包的安装高度，提升车下空间的利用率；利用分隔板2对壳体1的内腔进行分隔，实现物理分区隔热的作用，避免电芯3热失控时多个容置腔21内发生热蔓延，电芯3在容置腔21内竖向设置且沿车身前后方向层叠排布，分隔板2的设置便于增强电芯3摆放区域的强度、扭转刚度等力学性能。

本实施例中，承重横梁沿车身左右方向设置，壳体1的设置方向垂直于承重横梁的走向，也就是沿车身前后方向设置，降低了电池包与承重横梁之间的连接尺寸，弱化了承重横梁或安装支架对电池包扭转刚度的影响，减小了电池包的扭转角度，提升了电池包在运营工况下应力分布的均匀性。

分隔板2对电池包的内腔进行物理分区隔热，实现单个容置腔21的单独密封，通过减少密封区域的面积来弱化密封性能对密封面平整度和平面度的要求，降低电池包的IP防护等级失效的质量安全问题。

于此同时，分隔板2还能够加强壳体1的整体强度及扭转刚度等力学性能，提升壳体1侧面和底部在碰撞、冲击及振动时的工况载荷，提升电池包的整体安全性能。

壳体1的顶部设计成能够匹配承重横梁的不规整的结构，壳体1内分为多个容置腔21，有利于壳体1IP防护等级设计，物理阻隔壳体1内部不同容置腔21之间的热蔓延。

具体的，壳体1的材质可选择不锈钢、铝合金材料、镁合金材料等金属材料，也可以选择工程塑料或者碳纤维材料等高分子聚合物材料，壳体1的耐火烧性能能够满足国家标准技术要求。本实施例中，壳体1优选碳纤维材料，其次优选为铝合金材料，使壳体1在满足强度及载荷的前提下，满足轻量化设计的要求。侧封板4可选择不锈钢材质、铝合金材料、碳纤维等材质，优选耐高温复合材质。耐高温复合材料的耐温等级≥1000℃。

一些可能的实现方式中，上述特征壳体1采用如图1和图2所示结构。参见图1和图2，壳体1位于承重横梁前后两侧的两端面与壳体1的顶面之间分别通过倾斜面5过渡连接，其中一个倾斜面5上设有与电芯3电性连接的总正连接器51，另一个倾斜面5上设有与电芯3电性连接的总负连接器52。

需要说明的是，壳体1垂直于承重横梁的走向设置，也就是壳体1的长度方向沿车身前后方向设置，定义壳体1位于长度方向外侧的侧壁为端面，倾斜面5在壳体1的端面与顶面之间形成倾斜过渡。

在进行总正连接器51、总负连接器52以及其他高低压线束的布设时，可将上述部件布设在壳体1的顶面、侧面或底面上，以能够与其他部件合理避让为准，需要时可设置防护部件对上述位置进行防护。

本实施例中，将总正连接器51、总负连接器52以及其他高低压线束布设于倾斜面5上，避免在壳体1的侧面或底部发生刮蹭的情况下总正连接器51、总负连接器52以及其他高低压线束等部件发生形变、破损或者电气断路等质量安全问题。

更重要的是，如果将总正连接器51和总负连接器52二者布设在壳体1的同侧，当电池包结构处于挤压工况时上述部件容易与壳体1发生短路，引起安全问题，因此二者在壳体1两端分区设计的方式可有效提高结构设计的安全性。

在此基础上，还可以在倾斜面5上布置低压接插件、高压接插件、手动维护开关MSD(Manual Service Disconnect)、热管理管路接头或灭火抑制管道接头54等部件。

其中，手动维护开关MSD内应设置熔断器，熔断器的选型应满足相应国家标准和行业标准的技术要求，还应满足电池系统高压电气匹配要求，保护电池系统在过载和短路工况下的安全性能。熔断器类型包括了被动保护熔断器、主动式保护智能熔断器以及全范围电流被动保护热触发型熔断器。熔断器优选布置智能熔断器。

进一步的，电芯3与电芯3之间以及电芯3与总正连接器51或总负连接器52之间采用具有导电能力的导电金属材料连接。导电金属材料包括但不限于铜、铝、银等，导电金属材料采用激光焊接、超声波焊接、电阻焊接、电子束焊接或螺栓连接等方式与电芯3、总正连接器51或总负连接器52相连。

具体的，选用铝合金材料作为导电金属材料，通过激光焊接技术对相应部件进行连接。相邻两个容置腔21之间的两个电芯3采用螺栓紧固件进行连接。

在一些实施例中，上述特征容置腔21可以采用如图2所示结构。参见图2，壳体1内腔的腔底壁上设有换热板22，换热板22内设有供换热介质流动的介质流道，介质流道的进口通过进口管55延伸至其中一个倾斜面5外部，介质流道的出口通过出口管56延伸至另一个倾斜面5外部。

本实施例中，壳体1内腔的腔底壁上设有换热板22，也就是换热板22在每个容置腔21的腔底壁上均有分布，换热板22内设有供换热介质流动的介质流道，换热介质从介质流道中流过，可与电芯3之间发生换热作用，可提升壳体1内部温度的均匀性。

当外部气温较高时，电芯3处于散热状态，壳体1内温度过高将产生一定的安全隐患，此时可借助换热介质对电芯3起到冷却作用；当外部气温较低时，需要对电芯3进行保温或升温，以保证电芯3处于正常的使用状态，此时换热介质能够对电芯3起到保温或升温作用。换热板22的耐温度等级为1300℃～1500℃，便于提升电池包结构低温环境保温性能以及低温环境工况的升温性能，解决电池包结构低温环境实用性差的问题。

在此基础上，当多个电池包结构在承重横梁的延伸方向上(也就是车身左右方向)层叠排布时，还可以在壳体1的外侧也设置换热板22，以避免相邻两个电池包结构之间的热量传递，避免相邻两个壳体1之间发生热扩散造成的安全问题，便于延长电池包结构的使用寿命。

在一些实施例中，位于同一容置腔21内的相邻两个电芯3之间以及电芯3与换热板22之间分别通过胶粘层粘接连接。胶粘层可采用环氧胶、聚氨酯胶、丙烯酸酯胶、厌氧胶或有机硅胶等形成，可实现电芯3之间以及电芯3和换热板22之间的有效固定。

具体的，电芯3的摆放方式可采用电芯3的极柱31朝上的正方摆放，也可以采用极柱31朝向一侧的卧式水平摆放。本实施例中，电芯3的极柱31朝向侧封板4一侧放置，为卧式水平摆放的方式。

一些可能的实现方式中，上述特征壳体1采用如图3所示结构。参见图3，壳体1的两端面分别设有防爆阀53，其中一个倾斜面5上设有灭火抑制管道接头54。

本实施例中，由于内部电芯3内含有大量化学物质,上述物质在充放电过程中会产生大量混合气体和液体,伴随而来的还有不断积聚的压力。如果这些压力没有及时平衡或释放,轻则造成壳体1的变形漏液,重则引起电池的爆炸。壳体1的端面上设置了防爆阀53(也就是平衡阀)，可有效避免壳体1内部压力的急剧增大造成的危险。

另外，将灭火抑制管道接头54设置在倾斜面5上可实现空间的合理布设，避免与其他构件之间的位置干涉。

一些可能的实现方式中，上述特征容置腔21采用如图2所示结构。参见图2，每个容置腔21内还分别设有至少一个水平延伸以承托于电芯3下方的横隔板23，电芯3的极柱31朝向侧封板4一侧设置。

本实施例中，利用横隔板23将容置腔21分隔为上下间隔布设的多个腔体，横隔板23的主要用于承受电芯3的重量。同时，横隔板23的设置还有助于提升单个电池包结构的结构强度，提升其耐冲击强度，承受运行时所受的冲击载荷。

在此基础上，横隔板23的设置还能加强壳体1的整体强度及扭转刚度等力学性能，提升壳体1侧面和底部在碰撞、冲击及振动时的工况载荷，提升电池包的整体安全性能。

进一步的，电芯3的选择包括但不限于锂离子电池、钠离子电池、镁离子电池、钛酸锂电池、镍氢电池、固态电池、半固态电池、混合态电池以及不同材料体系的复合电池系统。电芯3的正极材料包括但不限于金属氧化物类材料、聚阴离子盐类正极材料、氟化物、硫化物或硒化物，负极材料体系包括但不限于石墨类负极材料、锡基负极材料、合金类负极材料、纳米级负极材料或金属锂；电解液包括但不限于液体电解液、硫化物固态电解质、氧化物固态电解质或不同固态电解质的复合电解质。电池形状包括但不限于方形电池、软包电池、圆柱形电池或其他结构形状的电池产品。

一些可能的实现方式中，上述特征分隔板2采用如图2所示结构。参见图2，分隔板2的数量为两个，容置腔21的数量为三个，位于中间的容置腔21的高度低于位于两侧的容置腔21的高度，位于中间的容置腔21的外顶壁低于位于两侧的容置腔21的外顶壁，位于中部的容置腔21内还设有位于电芯3上方的电池管理系统从板32。

本实施例中，位于两个分隔板2之间的容置腔21高度相对两侧的容置腔21的高度低一些，可放置上下两层电芯3，位于上层的电芯3的顶部布设有电池管理系统从板32，实现空间的合理利用以及构件的合理布设。

一些可能的实现方式中，上述特征容置腔21采用如图2和图3所示结构。参见图2和图3，容置腔21内还设有用于限位电芯3水平位置的限位块12，限位块12能够在电芯3与壳体1的内壁之间、或电芯3与分隔板2的侧壁之间形成隔热间隙13。

本实施例中，每个容置腔21内分别设有限位块12，限位块12能够与电芯3的侧壁接触以限定电芯3的水平位置，另外，限位块12与容置腔21的内壁(也就是与分隔板2或壳体1的内壁)之间具有一定宽度的隔热间隙13，在电芯3和容置腔21的内壁之间形成空气隔热层，电芯3产生的热量可传递给相邻的电芯3直至达到隔热间隙13处，避免相邻两个容置腔21内热量的传递，使隔热腔之间相互独立，不受干扰。

另外，在壳体1内部与倾斜面5相邻的区域，也设有能够限位电芯3位置的限位块12，电芯3与倾斜面5内侧壁之间的区域可用来设置与换热板22相连的管道或与电芯3相连的线束。

基于同一发明构思，本申请实施例还提供一种电池系统，电池系统包括若干个电池包结构，若干个电池包结构沿车身前后方向层叠设置。

本实施例中，电池系统包括多个电池包结构，该电池系统可根据轴距大小设置不同长度的电池包结构，以兼容不同轴距的车型。同时，根据车辆的实际用电量需求，设置不同的电池包结构数量以满足不用运营场景的电量需求，满足商用车底盘充电或换电要求，提升整车市场竞争力。

壳体1的顶面、侧面以及端面均可设置用于吊装转运的吊耳结构，上述吊耳结构也可用于将壳体1安装在承托横梁的固定支架上。吊耳与固定支架可采用螺栓连接或焊接连接等方式。

电池包结构的壳体1与承重横梁之间可通过固定支架进行方便的连接，满足电池系统安装的力学性能，大幅降低了固定支架的结构重量，提升了整车的电池系统质量能量密度。

基于同一发明构思，本申请实施例还提供一种车辆，车辆包括电池系统。该车辆采用上述电池系统便于合理利用整车底盘空间，可以降低整车重心，解决现有布局整车重心高的问题，提升整车行驶稳定性提升整车空间利用率，有助于提升电池系统的体积能量密度和质量能量密度，满足整车不同使用场景的电量需求，增大了整车的续航里程，满足商用车底盘充电或换电要求，提升整车市场竞争力。

以上仅为本实用新型的较佳实施例而已，并不用以限制本实用新型，凡在本实用新型的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。

Claims (10)

1.电池包结构，其特征在于，包括：

壳体，安装于承重横梁的下方，所述壳体的顶部设有与所述承重横梁上下对应以避让所述承重横梁的避让腔，所述壳体具有开口朝向侧部的内腔，所述壳体的侧部可拆卸连接有侧封板；

分隔板，沿上下方向设置于所述壳体内、且与所述避让腔上下对应，所述分隔板能够分隔所述壳体的内腔为至少两个容置腔；

若干个电芯，分别沿上下方向排布于所述容置腔内。

2.如权利要求1所述的电池包结构，其特征在于，所述壳体位于所述承重横梁前后两侧的两端面与所述壳体的顶面之间分别通过倾斜面过渡连接，其中一个所述倾斜面上设有与所述电芯电性连接的总正连接器，另一个所述倾斜面上设有与所述电芯电性连接的总负连接器。

3.如权利要求2所述的电池包结构，其特征在于，所述壳体内腔的腔底壁上设有换热板，所述换热板内设有供换热介质流动的介质流道，所述介质流道的进口通过进口管延伸至其中一个所述倾斜面外部，所述介质流道的出口通过出口管延伸至另一个所述倾斜面外部。

4.如权利要求3所述的电池包结构，其特征在于，位于同一所述容置腔内的相邻两个电芯之间以及所述电芯与所述换热板之间分别通过胶粘层粘接连接。

5.如权利要求2所述的电池包结构，其特征在于，所述壳体的两端面分别设有防爆阀，其中一个所述倾斜面上设有灭火抑制管道接头。

6.如权利要求1所述的电池包结构，其特征在于，每个所述容置腔内还分别设有至少一个水平延伸以承托于所述电芯下方的横隔板，所述电芯的极柱朝向所述侧封板一侧设置。

7.如权利要求1所述的电池包结构，其特征在于，所述分隔板的数量为两个，所述容置腔的数量为三个，位于中间的所述容置腔的高度低于位于两侧的所述容置腔的高度，位于中间的所述容置腔的外顶壁低于位于两侧的所述容置腔的外顶壁，位于中部的所述容置腔内还设有位于所述电芯上方的电池管理系统从板。

8.如权利要求1所述的电池包结构，其特征在于，所述容置腔内还设有用于限位所述电芯水平位置的限位块，所述限位块能够在所述电芯与所述壳体的内壁之间、或所述电芯与所述分隔板的侧壁之间形成隔热间隙。

9.电池系统，其特征在于，所述电池系统包括若干个如权利要求1-8中任一项所述的电池包结构，若干个所述电池包结构沿车身前后方向层叠设置。

10.车辆，其特征在于，所述车辆包括如权利要求9所述的电池系统。