CN220021412U - 一种新型无人履带车电源装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种新型无人履带车电源装置，包括箱体（1），所述箱体（1）分为电芯腔（2）和控制腔（3），电芯腔（2）内安装有电池模组（4），控制腔（3）内安装有控制箱（5）；所述电池模组（4）包括模组支架（4‑1）、电芯（4‑2）和串联铜排（4‑3），模组支架（4‑1）分为上下两层，电芯（4‑2）为多个，多个电芯（4‑2）分为两层，一层电芯（4‑2）依次通过串联铜排（4‑3）串联并安装于模组支架（4‑1）的上层，另一层电芯（4‑2）依次通过串联铜排（4‑3）串联并安装于模组支架（4‑1）的下层，两层电芯（4‑2）串联后与控制箱（5）电连接。

Description

一种新型无人履带车电源装置

技术领域

本实用新型属于电源设备技术领域，具体涉及一种新型无人履带车电源装置。

背景技术

在国家重点支持下，我国动力锂离子电池关键技术、关键数据和产品研究现在取得了重大进展。锂离子电池行业已进入工业化生产和推广的关键阶段。动力锂离子电池的工业生产工艺目前处于世界领先地位。

锂电池的主要应用方向是动力领域，在新能源汽车续航里程更高、更安全、更节能环保的市场需求下，呼唤能量密度更高、高温性能更好、安全性更稳定、体积更小的动力电池登上舞台。

无人履带车的应用也越来越广泛，现有无人履带车电源使用的是铅酸电池，其主要是有以下缺点：

1、能量密度偏低，传统的铅酸蓄电池质量和体积能量密度偏低，能量密度只有锂离子电池的1/3左右，氢镍电池的1/2左右，并且电池配置不合理，电池装置体积较大，不适宜在质量轻、体积小的场合使用。

2、循环寿命偏短

传统铅酸蓄电池循环寿命较短，理论循环次数为锂离子电池1/3左右。铅酸蓄电池的循环寿命提高的空间仍然比较大，特别是新材料、新结构和新技术的铅酸蓄电池，如双极性铅酸蓄电池、铅碳电池等。

3、产业链存在铅污染风险

铅是铅酸蓄电池的主要原材料，铅占电池质量的60％以上，全球铅酸蓄电池的用铅量占总用铅量的80％以上。铅为重金属，铅酸蓄电池制造产业链(包括原生铅冶炼、电池制造、电池回收、再生铅冶炼)存在较高的铅污染风险，管理不善会对环境造成污染和对人体健康产生危害。

4、安全性较差

由于无人履带车无人驾驶，因此无人履带车上的电池需要更加安全，目前无人履带车的电池未有安全防护，电池开机的瞬间，外部容性负载需要的大电流会对电池以及继电器造成损伤，降低了电池寿命，误操作易发生不安全隐患。

现有无人履带车使用的铅酸电池能量密度偏低、循环寿命偏短，并且产业链存在铅污染风险；同时还存在电池配置不合理，电池装置体积较大；另外电池开机的瞬间，外部容性负载需要的大电流对电池以及继电器易造成损伤，电池安全性较差，误操作易发生不安全隐患，因此研发一种适用于无人履带车的新型电源装置很有必要。

实用新型内容

本实用新型的目的在于克服上述现有技术的不足，提供了一种新型无人履带车电源装置。

为了解决技术问题，本实用新型的技术方案是：一种新型无人履带车电源装置，包括箱体，所述箱体分为电芯腔和控制腔，电芯腔内安装有电池模组，控制腔内安装有控制箱；

所述电池模组包括模组支架、电芯和串联铜排，模组支架分为上下两层，电芯为多个，多个电芯分为两层，一层电芯依次通过串联铜排串联并安装于模组支架的上层，另一层电芯依次通过串联铜排串联并安装于模组支架的下层，两层电芯串联后与控制箱电连接。

优选的，所述电池模组为两个，控制箱为两个，两个电池模组分别与两个控制箱电连接，其中两个电池模组并联。

优选的，所述模组支架长度方向两外侧分别设置有固定板，固定板上开设有固定孔，电池模组通过螺钉穿过固定板上的固定孔与电芯腔底部的电池固定框架固定连接，所述模组支架侧边开设有透气窗口。

优选的，所述模组支架上下两层顶部两侧分别开设有压条固定孔，压条压设在每组电芯上将电芯分别限位于模组支架的上下两层内，压条两端利用螺钉穿过压条固定孔将压条与模组支架的上下层固定。

优选的，所述电池模组的电芯为24个，分为两层，每层12个，两层电芯分别设置于模组支架上下两层，电芯为磷酸铁锂电池。

优选的，所述控制箱包括控制箱体、预充电阻、电池管理系统、温度检测模块、绝缘检测模块、DCDC模块、预充继电器、放电正继电器、放电负继电器、充电继电器、分流器和熔断器，预充电阻、电池管理系统、温度检测模块、绝缘检测模块、DCDC模块、预充继电器、放电正继电器、放电负继电器、充电继电器、分流器和熔断器均安装于控制箱体内；

所述电池管理系统分别连接温度检测模块和绝缘检测模块，电池管理系统的12V供电接口连接DCDC模块，DCDC模块与所述电池模组电连接，电池管理系统的电压温度采集接口与电池模组电连接；

所述电池模组的正极分别与预充继电器、放电正继电器和充电继电器电连接，电池管理系统的预充控制接口与预充继电器电连接，电池管理系统的放电正控制接口与放电正继电器电连接，电池管理系统的充电控制接口与充电继电器电连接，预充继电器与预充电阻串联后连接72V放电+接口，放电正继电器也连接72V放电+接口，充电继电器连接充电+接口；

所述电池模组的负极依次与放电负继电器、熔断器和分流器串联，其中电池管理系统的放电负控制接口与放电负继电器电连接，电池管理系统的分流器控制接口与分流器电连接，分流器分别连接充电-接口和72V放电-接口。

优选的，所述电池模组正极与预充继电器或放电正继电器或充电继电器连接的电路上设置有启动开关、主令开关和急停开关。

优选的，所述预充继电器为20A，放电正继电器为300A，充电继电器为150A，放电负继电器为300A。

优选的，所述预充电阻为两个，两个预充电阻并联，预充电阻规格为50W30Ω。

优选的，所述控制箱通过钣金箱体固定在箱体内，箱体为防爆箱；所述电池模组通过防爆穿墙端子与控制箱电连接。

与现有技术相比，本实用新型的优点在于：

(1)本实用新型设置有两组电池模组，每组电池模组的两层电芯分别安装在模组支架的上下两层内，并通过压条压紧，由于两层电芯上下设置，提高了空间利用率，电池配置合理，减小了电池装置的体积，本实用新型每组电池模组由24个磷酸铁锂电池串联而成，两组电池模组并联，形成两组电池包，一个主电池包，另一个次电池包，两个电池包一模一样，主电池包先工作，电量不足时手动切换到次电池包；这样不仅提高了无人履带车的续航里程，而且当一个电池包有突发馈电的情况出现时，车辆切换到另一个电池包可继续使用，防止由此带来的影响；

(2)本实用新型采用预充继电器和预充电阻，预充继电器由电池管理系统控制，预充电阻为两个，两个预充电阻并联，这样设置可以有效防止在开机的瞬间，外部容性负载需要的大电流对电池以及继电器的损伤，提高了电池寿命；

(3)本实用新型电池装置在放电负极加装放电负继电器，放电负继电器由电池管理系统控制，如若正极继电器出现粘连，放电负继电器可以进行切断电源，提高了产品的安全性能；

(4)本实用新型电源装置设置了多个开关，启动开关、主令开关和急停开关，做了多级防护，以防误操作导致的不安全隐患发生。

附图说明

图1为本实用新型一种新型无人履带车电源装置的俯视结构示意图；

图2为本实用新型一种新型无人履带车电源装置的电池模组结构示意图；

图3为本实用新型一种新型无人履带车电源装置的控制箱结构示意图；

图4为本实用新型一种新型无人履带车电源装置的控制箱内部结构示意图；

图5为本实用新型一种新型无人履带车电源装置的电路原理图。

附图标记说明：

1、箱体，2、电芯腔，3、控制腔，4、电池模组，5、控制箱，6、防爆穿墙端子；

4-1、模组支架，4-2、电芯，4-3、串联铜排，4-4、压条；

4-1-1、固定板，4-1-2、透气窗口，4-1-3、压条固定孔；

5-1、控制箱体，5-2、预充电阻，5-3、电池管理系统，5-4、温度检测模块，5-5、绝缘检测模块，5-6、DCDC模块，5-7、预充继电器，5-8、放电正继电器，5-9、放电负继电器，5-10、充电继电器，5-11、分流器，5-12、熔断器。

具体实施方式

下面结合实施例描述本实用新型具体实施方式：

需要说明的是，本说明书所示意的结构、比例、大小等，均仅用以配合说明书所揭示的内容，以供熟悉此技术的人士了解与阅读，并非用以限定本实用新型可实施的限定条件，任何结构的修饰、比例关系的改变或大小的调整，在不影响本实用新型所能产生的功效及所能达成的目的下，均应仍落在本实用新型所揭示的技术内容能涵盖的范围内。

实施例1

如图1所示，本实用新型公开了一种新型无人履带车电源装置，包括箱体1，所述箱体1分为电芯腔2和控制腔3，电芯腔2内安装有电池模组4，控制腔3内安装有控制箱5；

所述电池模组4包括模组支架4-1、电芯4-2和串联铜排4-3，模组支架4-1分为上下两层，电芯4-2为多个，多个电芯4-2分为两层，一层电芯4-2依次通过串联铜排4-3串联并安装于模组支架4-1的上层，另一层电芯4-2依次通过串联铜排4-3串联并安装于模组支架4-1的下层，两层电芯4-2串联后与控制箱5电连接。

电芯腔和控制腔之间由防爆穿墙端子连接。

实施例2

如图1和2所示，优选的，所述电池模组4为两个，控制箱5为两个，两个电池模组4分别与两个控制箱5电连接，其中两个电池模组4并联。

如图1和2所示，优选的，所述模组支架4-1长度方向两外侧分别设置有固定板4-1-1，固定板4-1-1上开设有固定孔，电池模组4通过螺钉穿过固定板4-1-1上的固定孔与电芯腔2底部的电池固定框架固定连接，所述模组支架4-1侧边开设有透气窗口4-1-2。

所述固定板4-1-1上开设有固定孔通过螺钉连接在电池固定框架上。

实施例3

如图2所示，优选的，所述模组支架4-1上下两层顶部两侧分别开设有压条固定孔4-1-3，压条4-4压设在每组电芯4-2上将电芯4-2分别限位于模组支架4-1的上下两层内，压条4-4两端利用螺钉穿过压条固定孔4-1-3将压条4-4与模组支架4-1的上下层固定。

如图1、2所示，优选的，所述电池模组4的电芯4-2为24个，分为两层，每层12个，两层电芯4-2分别设置于模组支架4-1上下两层，电芯4-2为磷酸铁锂电池。

所述电芯腔2内有24串1并电芯4-2，上下两层叠放，每层为12串电芯4-2，每一串电芯4-2之间用串联铜排4-3导流连接，内阻小，过流大。

本实用新型设置有两组电池模组4，形成两组电池包，一个主电池包，另一个次电池包；两个电池包一模一样，主电池包先工作，电量不足时手动切换到次电池包。

本实用新型由矿用磷酸铁锂锂离子电池，选用专门LFL1-100磷酸铁锂电池，磷酸铁锂电池是指用磷酸铁锂作为正极材料的锂离子电池，锂离子电池的正极材料主要有钴酸锂、锰酸锂、镍酸锂、三元材料、磷酸铁锂等。

磷酸铁锂电池的优点：

1.安全性能改善

磷酸铁锂晶体中的P-O键稳固，难以分解，即便在高温或过充时也不会像钴酸锂一样结构崩塌发热或是形成强氧化性物质，因此拥有良好的安全性。有报告指出，实际操作中针刺或短路实验中发现有小部分样品出现燃烧现象，但未出现一例爆炸事件，而过充实验中使用大大超出自身放电电压数倍的高电压充电，发现依然有爆炸现象。虽然如此，其过充安全性较之普通液态电解液钴酸锂电池，已大有改善。

2.寿命延长

长寿命铅酸电池的循环寿命在300次左右，最高也就500次，而磷酸铁锂动力电池，循环寿命达到2000次以上，标准充电(5小时率)使用，可达到2000次。综合考虑，性能价格比理论上为铅酸电池的4倍以上。大电流放电可大电流2C快速充放电。

3.大容量

具有比普通电池(铅酸等)更大的容量，5AH～1000AH(单体)。

4.无记忆效应

可充电池在经常处于充满不放完的条件下工作，容量会迅速低于额定容量值，这种现象叫做记忆效应。像镍氢、镍镉电池存在记忆性，而磷酸铁锂电池无此现象，电池无论处于什么状态，可随充随用，无须先放完再充电。

5.重量轻

同等规格容量的磷酸铁锂电池的体积是铅酸电池体积的2/3，重量是铅酸电池的1/3。

6.环保

该电池一般被认为是不含任何重金属与稀有金属(镍氢电池需稀有金属)，无毒(SGS认证通过)，无污染，符合欧洲RoHS规定，为绝对的绿色环保电池证。所以锂电池之所以被业界看好，主要是环保考量，因此该电池又列入了“十五”期间的“863”国家高科技发展计划，成为国家重点支持和鼓励发展的项目。

实施例4

如图4、5所示，优选的，所述控制箱5包括控制箱体5-1、预充电阻5-2、电池管理系统5-3、温度检测模块5-4、绝缘检测模块5-5、DCDC模块5-6、预充继电器5-7、放电正继电器5-8、放电负继电器5-9、充电继电器5-10、分流器5-11和熔断器5-12，预充电阻5-2、电池管理系统5-3、温度检测模块5-4、绝缘检测模块5-5、DCDC模块5-6、预充继电器5-7、放电正继电器5-8、放电负继电器5-9、充电继电器5-10、分流器5-11和熔断器5-12均安装于控制箱体5-1内；

所述电池管理系统5-3分别连接温度检测模块5-4和绝缘检测模块5-5，电池管理系统5-3的12V供电接口连接DCDC模块5-6，DCDC模块5-6与所述电池模组4电连接，电池管理系统5-3的电压温度采集接口与电池模组4电连接；

所述电池模组4的正极分别与预充继电器5-7、放电正继电器5-8和充电继电器5-10电连接，电池管理系统5-3的预充控制接口与预充继电器5-7电连接，电池管理系统5-3的放电正控制接口与放电正继电器5-8电连接，电池管理系统5-3的充电控制接口与充电继电器5-10电连接，预充继电器5-7与预充电阻5-2串联后连接72V放电+接口，放电正继电器5-8也连接72V放电+接口，充电继电器5-10连接充电+接口；

所述电池模组4的负极依次与放电负继电器5-9、熔断器5-12和分流器5-11串联，其中电池管理系统5-3的放电负控制接口与放电负继电器5-9电连接，电池管理系统5-3的分流器控制接口与分流器5-11电连接，分流器5-11分别连接充电-接口和72V放电-接口。

所述控制腔3内配有显示屏，显示电池的电流、电压以及运行信息等。

下表为电池管理系统功能参数:

功能参数

1、严重过放后不允许充电；(某一串电压≤2.3V)；

2、随机断开电池电压和温度采集线各一根，可以显示出相应的故障类型以及故障点；

3、具有充电主被动均衡功能，50mA≤均衡电流≤1000mA；

4、参数误差如下

5、具有短路保护功能；

6整体符合《矿用产品安全标志通用安全技术要求-矿用防爆锂离子蓄电池电源安全技术要求》中相关内容。

策略参数

1、BMS要求三路继电器控制：放电1继电器、放电2继电器、充电继电器；

2、BMS要求采用300A分流器进行电流采集；

3、BMS要求采用24路温度探头进行温度采集，后可通过温度采集模块传输给BMS；

4、充电的时候不允许放电、放电的时候不允许充电，充电带协议，握手成功后进行充电。

实施例5

如图5所示，优选的，所述电池模组4正极与预充继电器5-7或放电正继电器5-8或充电继电器5-10连接的电路上设置有启动开关、主令开关和急停开关。

优选的，所述预充继电器5-7为20A，放电正继电器5-8为300A，充电继电器5-10为150A，放电负继电器5-9为300A。

如图5所示，优选的，所述预充电阻5-2为两个，两个预充电阻5-2并联，预充电阻5-2为50W30Ω。

如图3所示，优选的，所述电池模组4通过防爆穿墙端子6与控制箱5电连接。

下表为本实用新型电源装置的相关参数：

本实用新型的工作原理如下：

如图1～5所示，本实用新型公开了一种新型无人履带车电源装置，箱体1分为电芯腔2和控制腔3，电芯腔2和控制腔3之间由防爆穿墙端子6连接，电芯腔2内安装有两组电池模组4，控制腔3内安装有两组控制箱5，电池模组4包括模组支架4-1、电芯4-2和串联铜排4-3，模组支架4-1分为上下两层，两层电芯4-2分别通过压条4-4固定在模组支架4-1的上下两层内，两层电芯4-2串联，两组电池模组4并联，一备一用，提高了电源装置的可靠性，同时提高了空间利用率，电池配置合理，减小了电池装置的体积，本发明控制箱5包括控制箱体5-1、预充电阻5-2、电池管理系统5-3、温度检测模块5-4、绝缘检测模块5-5、DCDC模块5-6、预充继电器5-7、放电正继电器5-8、放电负继电器5-9、充电继电器5-10、分流器5-11和熔断器5-12，电池模组4的正极依次连接预充继电器5-7和预充电阻5-2，避免了在开机的瞬间，外部容性负载需要的大电流对电池以及继电器的损伤，提高了电池寿命，同时在放电负极加装放电负继电器，放电负继电器由电池管理系统控制，如若正极继电器出现粘连，放电负继电器可以进行切断电源，提高了产品的安全性能。

无人履带车车体内用的是两套一样的电池模组4，外部并联起来，但是不同时使用，外部采用主令三挡开关进行控制，作为唯一的电力来源，给无人履带车上的控制器以及其他电气元器件进行供电。

本实用新型设置有两组电池模组，每组电池模组的两层电芯分别安装在模组支架的上下两层内，并通过压条压紧，由于两层电芯上下设置，提高了空间利用率，电池配置合理，减小了电池装置的体积，本实用新型每组电池模组由24个磷酸铁锂电池串联而成，两组电池模组并联，形成两组电池包，一个主电池包，另一个次电池包，两个电池包一模一样，主电池包先工作，电量不足时手动切换到次电池包；这样不仅提高了无人履带车的续航里程，而且当一个电池包有突发馈电的情况出现时，车辆切换到另一个电池包可继续使用，防止由此带来的影响。

本实用新型采用预充继电器和预充电阻，预充继电器由电池管理系统控制，预充电阻为两个，两个预充电阻并联，这样设置可以有效防止在开机的瞬间，外部容性负载需要的大电流对电池以及继电器的损伤，提高了电池寿命。

本实用新型电池装置在放电负极加装放电负继电器，放电负继电器由电池管理系统控制，如若正极继电器出现粘连，放电负继电器可以进行切断电源，提高了产品的安全性能。

本实用新型电源装置设置了多个开关，启动开关、主令开关和急停开关，做了多级防护，以防误操作导致的不安全隐患发生。

上面对本实用新型优选实施方式作了详细说明，但是本实用新型不限于上述实施方式，在本领域普通技术人员所具备的知识范围内，还可以在不脱离本实用新型宗旨的前提下做出各种变化。

不脱离本实用新型的构思和范围可以做出许多其他改变和改型。应当理解，本实用新型不限于特定的实施方式，本实用新型的范围由所附权利要求限定。

Claims (10)

1.一种新型无人履带车电源装置，包括箱体（1），其特征在于：所述箱体（1）分为电芯腔（2）和控制腔（3），电芯腔（2）内安装有电池模组（4），控制腔（3）内安装有控制箱（5）；

所述电池模组（4）包括模组支架（4-1）、电芯（4-2）和串联铜排（4-3），模组支架（4-1）分为上下两层，电芯（4-2）为多个，多个电芯（4-2）分为两层，一层电芯（4-2）依次通过串联铜排（4-3）串联并安装于模组支架（4-1）的上层，另一层电芯（4-2）依次通过串联铜排（4-3）串联并安装于模组支架（4-1）的下层，两层电芯（4-2）串联后与控制箱（5）电连接。

2.根据权利要求1所述的一种新型无人履带车电源装置，其特征在于：所述电池模组（4）为两个，控制箱（5）为两个，两个电池模组（4）分别与两个控制箱（5）电连接，其中两个电池模组（4）并联。

3.根据权利要求2所述的一种新型无人履带车电源装置，其特征在于：所述模组支架（4-1）长度方向两外侧分别设置有固定板（4-1-1），固定板（4-1-1）上开设有固定孔，电池模组（4）通过螺钉穿过固定板（4-1-1）上的固定孔与电芯腔（2）底部的电池固定框架固定连接，所述模组支架（4-1）侧边开设有透气窗口（4-1-2）。

4.根据权利要求3所述的一种新型无人履带车电源装置，其特征在于：所述模组支架（4-1）上下两层顶部两侧分别开设有压条固定孔（4-1-3），压条（4-4）压设在每组电芯（4-2）上将电芯（4-2）分别限位于模组支架（4-1）的上下两层内，压条（4-4）两端利用螺钉穿过压条固定孔（4-1-3）将压条（4-4）与模组支架（4-1）的上下层固定。

5.根据权利要求4所述的一种新型无人履带车电源装置，其特征在于：所述电池模组（4）的电芯（4-2）为24个，分为两层，每层12个，两层电芯（4-2）分别设置于模组支架（4-1）上下两层，电芯（4-2）为磷酸铁锂电池。

6.根据权利要求2所述的一种新型无人履带车电源装置，其特征在于：所述控制箱（5）包括控制箱体（5-1）、预充电阻（5-2）、电池管理系统（5-3）、温度检测模块（5-4）、绝缘检测模块（5-5）、DCDC模块（5-6）、预充继电器（5-7）、放电正继电器（5-8）、放电负继电器（5-9）、充电继电器（5-10）、分流器（5-11）和熔断器（5-12），预充电阻（5-2）、电池管理系统（5-3）、温度检测模块（5-4）、绝缘检测模块（5-5）、DCDC模块（5-6）、预充继电器（5-7）、放电正继电器（5-8）、放电负继电器（5-9）、充电继电器（5-10）、分流器（5-11）和熔断器（5-12）均安装于控制箱体（5-1）内；

所述电池管理系统（5-3）分别连接温度检测模块（5-4）和绝缘检测模块（5-5），电池管理系统（5-3）的12V供电接口连接DCDC模块（5-6），DCDC模块（5-6）与所述电池模组（4）电连接，电池管理系统（5-3）的电压温度采集接口与电池模组（4）电连接；

所述电池模组（4）的正极分别与预充继电器（5-7）、放电正继电器（5-8）和充电继电器（5-10）电连接，电池管理系统（5-3）的预充控制接口与预充继电器（5-7）电连接，电池管理系统（5-3）的放电正控制接口与放电正继电器（5-8）电连接，电池管理系统（5-3）的充电控制接口与充电继电器（5-10）电连接，预充继电器（5-7）与预充电阻（5-2）串联后连接72V放电+接口，放电正继电器（5-8）也连接72V放电+接口，充电继电器（5-10）连接充电+接口；

所述电池模组（4）的负极依次与放电负继电器（5-9）、熔断器（5-12）和分流器（5-11）串联，其中电池管理系统（5-3）的放电负控制接口与放电负继电器（5-9）电连接，电池管理系统（5-3）的分流器控制接口与分流器（5-11）电连接，分流器（5-11）分别连接充电-接口和72V放电-接口。

7.根据权利要求6所述的一种新型无人履带车电源装置，其特征在于：所述电池模组（4）正极与预充继电器（5-7）或放电正继电器（5-8）或充电继电器（5-10）连接的电路上设置有启动开关、主令开关和急停开关。

8.根据权利要求6所述的一种新型无人履带车电源装置，其特征在于：所述预充继电器（5-7）为20A，放电正继电器（5-8）为300A，充电继电器（5-10）为150A，放电负继电器（5-9）为300A。

9.根据权利要求6所述的一种新型无人履带车电源装置，其特征在于：所述预充电阻（5-2）为两个，两个预充电阻（5-2）并联，预充电阻（5-2）规格为50W30Ω。

10.根据权利要求5所述的一种新型无人履带车电源装置，其特征在于：所述控制箱（5）通过钣金箱体固定在箱体（1）内，箱体（1）为防爆箱；所述电池模组（4）通过防爆穿墙端子（6）与控制箱（5）电连接。