一种全封闭型动力锂离子电池系统的制作方法
【专利摘要】本实用新型公开了一种全封闭型动力锂离子电池系统，包括能够封闭设置的电池箱，固定安装在所述电池箱内部的锂离子电池包、与所述锂离子电池包配合连接的动力电池管理系统、与所述锂离子电池包配合安装的散热装置、与箱体配合安装的半导体加热制冷系统、分别与所述锂离子电池包配合连接的接触器和熔断器，以及固定安装在所述电池箱外壁、且与锂离子电池包连接的连接器。本实用新型所述全封闭型动力锂离子电池系统，可以实现对电池加热和制冷，保证电池在最佳温度范围内运行，克服现有技术中占用空间大、安装不方便和防水性能差等缺陷，以实现占用空间小、安装方便和防水性能好的优点。
【专利说明】—种全封闭型动力锂离子电池系统
【技术领域】
[0001]本实用新型涉及新能源汽车锂离子动力电池系统【技术领域】，具体地，涉及一种全封闭型动力锂离子电池系统。
【背景技术】
[0002]目前，随着新能源产业的发展，新能源汽车越来越受到全世界的关注，而作为新能源汽车关键部件之一的动力电池系统越来越引起重视。
[0003]常规电池系统通常将高压控制部分与电池系统分开布置，占用空间大，安装不方便。常规电池系统通常以风冷形式进行散热，而小型汽车通常将电池系统安装在车架底部，容易遭受水浸的危险。
[0004]在实现本实用新型的过程中，发明人发现现有技术中至少存在占用空间大、安装不方便和防水性能差等缺陷。
实用新型内容
[0005]本实用新型的目的在于，针对上述问题，提出一种全封闭型动力锂离子电池系统，以实现可以对电池进行加热和制冷、占用空间小、安装方便和防水性能好的优点。
[0006]为实现上述目的，本实用新型采用的技术方案是:一种全封闭型动力锂离子电池系统，包括能够封闭设置的电池箱，固定安装在所述电池箱内部的锂离子电池包、与所述锂离子电池包配合连接的动力电池管理系统、与所述锂离子电池包配合安装的散热装置、与电池箱主体配合安装的半导体加热制冷系统、分别与所述锂离子电池包配合连接的接触器和熔断器，以及固定安装在所述电池箱外壁、且与锂离子电池包连接的连接器。
[0007]进一步地，所述电池箱，包括电池箱主体和电池箱上盖；所述电池箱上盖与电池箱主体全密封式配合安装；所述锂离子电池包、动力电池管理系统、散热装置、半导体加热制冷系统、接触器和熔断器均固定安装在电池箱主体中，所述连接器固定安装在电池箱主体的外壁上。
[0008]进一步地，在所述电池箱上盖上，设有软性非金属材质的防爆盖。
[0009]进一步地，在所述电池箱上盖和电池箱主体之间，设有密封垫。
[0010]进一步地，在所述电池箱上盖和电池箱主体之间，设有带放松结构的多个不锈钢螺栓；所述电池箱上盖、密封垫和电池箱主体之间，通过多个不锈钢螺栓连接。
[0011]进一步地，所述锂离子电池包，包括通过优质导体串联的多个动力锂离子电池单
J Li ο
[0012]进一步地，每个动力锂离子电池单元，包括铝合金材质的电池单元外壳，安装在所述电池单元外壳内部、且并联的多个铝塑膜锂离子电池，安装在相邻铝塑膜锂离子电池之间的导热层，以及安装在所述电池单元外壳外壁的极柱。
[0013]进一步地，在每个动力锂离子电池单元上，匹配设有串联或并联用的定位孔和定位销。
[0014]进一步地，所述连接器，包括高压连接器和低压连接器。
[0015]进一步地，在所述电池箱底部，设有用于与整车固定安装的安装脚。
[0016]本实用新型各实施例的全封闭型动力锂离子电池系统，由于包括能够封闭设置的电池箱，固定安装在电池箱内部的锂离子电池包、与锂离子电池包配合连接的动力电池管理系统、与锂离子电池包配合安装的散热装置、与电池箱主体配合安装的半导体加热制冷系统、分别与锂离子电池包配合连接的接触器和熔断器，以及固定安装在电池箱外壁、且与锂离子电池包连接的连接器；可以适用于铝塑膜外壳锂离子电池的组装，也适宜于其它动力电池的组装；从而可以克服现有技术中占用空间大、安装不方便和防水性能差的缺陷，以实现占用空间小、安装方便和防水性能好的优点。
[0017]本实用新型的其它特征和优点将在随后的说明书中阐述，并且，部分地从说明书中变得显而易见，或者通过实施本实用新型而了解。
[0018]下面通过附图和实施例，对本实用新型的技术方案做进一步的详细描述。
【专利附图】
【附图说明】
[0019]附图用来提供对本实用新型的进一步理解，并且构成说明书的一部分，与本实用新型的实施例一起用于解释本实用新型，并不构成对本实用新型的限制。在附图中:
[0020]图1为本实用新型全封闭型动力锂离子电池系统的爆炸结构示意图；
[0021]图2为本实用新型全封闭型动力锂离子电池系统中动力锂离子电池单元的立体结构示意图；
[0022]图3为本实用新型全封闭型动力锂离子电池系统中电池箱体内部结构的立体结构示意图；
[0023]图4为本实用新型全封闭型动力锂离子电池系统中电池箱体外部结构的俯视结构示意图；
[0024]图5为本实用新型全封闭型动力锂离子电池系统中电池箱体外部结构的立体结构示意图；
[0025]图6为半导体制冷系统的工作原理示意图；
[0026]图7为半导体制冷系统的结构示意图。
[0027]结合附图，本实用新型实施例中附图标记如下:
[0028]1-电池箱上盖；2_密封垫；3_防爆盖；4_电池箱主体；5_连接器；6_接触器；7-熔断器；8_散热装置；9_动力电池管理系统(BMS); 10-动力锂离子电池单元；11-半导体加热制冷系统、12-电池单元外壳；13_极柱。
【具体实施方式】
[0029]以下结合附图对本实用新型的优选实施例进行说明，应当理解，此处所描述的优选实施例仅用于说明和解释本实用新型，并不用于限定本实用新型。
[0030]根据本实用新型实施例，如图1-图7所示，提供了一种全封闭型动力锂离子电池系统，重点研究电池系统的整体集成与电池热均衡管理方面的问题，主要用于驱动小型电动汽车。该全封闭型动力锂离子电池系统，不仅适用于铝塑膜外壳锂离子电池的组装，也适宜于其它动力电池的组装。
[0031]常规电池系统通常将高压控制部分与电池系统分开布置，在该全封闭型动力锂离子电池系统中，高压控制部分集成到电池系统中，只要整车与管理系统通讯匹配，电池系统即可正常工作。
[0032]常规电池系统通常以风冷形式进行散热，考虑到小型汽车通常将电池系统安装在车架底部，为了预防水浸的危险，该全封闭型动力锂离子电池系统采用全密封形式；同时，该全封闭型动力锂离子电池系统内部配置了冷却系统，用于均衡电池系统内部的温度平衡。
[0033]本实施例的全封闭型动力锂离子电池系统，主要包括电池箱主体4和与电池箱主体4全密封安装配合的电池箱上盖1，以及起到主要密封功能的密封垫2，和安装在电池箱上盖I上的防爆盖3，电池箱主体4与电池箱上盖I以及密封垫2之间靠多个不锈钢螺栓连接，且不锈钢螺栓是带有放松结构设计；在电池箱主体4上安装的连接器5，连接器5包括低压和高压2种；在电池箱主体中布置了多个动力锂离子电池单元10，每个动力锂离子电池单元10都会通过优质导体串联接成一个具有一定总电压输出的锂离子电池包；在特定的动力锂离子电池单元10上布置安装了动力电池管理系统(BMS) 9，动力电池管理系统(BMS) 9主要功能是保证每个动力锂离子电池单元10的安全可靠运行；在特定的动力锂离子电池单元10上布置安装了用于给该全封闭型动力锂离子电池系统的散热装置8，散热装置8用于给该全封闭型动力锂离子电池系统进行散热，散热装置8可以有效的保证将该全封闭型动力锂离子电池系统在充电和放电过程中释放的热量与外界进行交换，达到电池散热的效果；防爆盖3是为了当车辆运行过程中电池突然发生意外的情况下，使得电池箱内瞬时产生的能量能突破防爆盖3，将电池箱内的能量释放出电池箱体外面，使电池箱内外的压力一致，不至于发生爆炸，提高了电动汽车运行的安全性。在电池箱主体4中安装了熔断器7和接触器6。在电池箱主体4与电池箱体上盖I之间有安装了密封垫2，从而实现了电池系统的全密封结构；达到了 IP67防护等级。
[0034]在上述实施例中，电池箱体上盖I和电池箱主体4是铝合金材质的，其散热性能优越，而且电池箱体内部的散热装置8，使动力锂离子电池单元10运行中发出的热量能快速的交换到电池箱体上盖I上，最终热量传出到电池箱体外部。防爆盖3是采用软性材质生产制造，而非金属材质，当电池箱内的压力在上升的过程中，防爆盖3会先爆裂释放压力。这样，电池箱体由铝合金材料制成，电池箱体经过氧化喷塑处理具有保护电池包、防水、散热的功能。
[0035]在上述实施例中，动力锂离子电池单元10内部锂离子电池两侧附有导热层，可将电池产生的热量通过导热层传导给电池单元外壳12，电池单元外壳12的材质为导热性能好的铝合金材质。电池单元外壳12再将热量传到锂离子电池模块外部，实现内外热量的均匀交换，半导体制冷系统和箱体本身再将电池箱体内部的热量传导给外界自然空气，这样就实现了在全封闭的电池箱结构热量与外界的传递。动力锂离子电池单元10上的极柱13。动力锂离子电池单元10工作时散发的热量经由电池单元外壳12将动力锂离子电池单元10内部的热量传导到电池包内部空间，然后散热装置8均衡全封闭型动力锂离子电池系统内部温度，最终经由电池箱体上盖I和电池箱主体4传导至电池箱体外部。
[0036]上述实施例的全封闭型动力锂离子电池系统，可以配置半导体加热制冷系统对电池进行加热和冷却。参见图6和图7，半导体制冷系统包括制冷片、热面散热器、冷面散热器、导冷砖、中间保温层、热面散热风扇和冷面散热风扇。在图6中，与电池箱主体配合安装的半导体加热制冷系统是给电池系统提供加热和冷却的装置。在图7中，与电池箱主体配合安装的半导体加热制冷系统是给电池系统提供加热和冷却的装置。
[0037]半导体致冷系统的制冷原理如下:
[0038]⑴半导体致冷原理:把一个N型和P型半导体的粒子用金属连接片焊接而成一个电偶对。当直流电流从N极流向P极时，2.3端上产生吸热现象，此端称冷端而下面1.4端产生放热现象，此端称热端如果电流方向反过来，则冷热端相互转换。由于一个电偶产生热效应较小(一般约IKcal / h)所以实际上将几十。上百对电偶联成的热电堆。所以半导体的致冷-一吸热示日放热是由载流子(电子和空穴)流过结点，由势能的变化而引起的能量传递这是半导体致冷的本质。
[0039]⑵半导体致冷过程:电子由负极出发经过金属片一流向P点4一到P型-再流向P点3—结点金属片一从结点2—到达N型一再返过结点1-到达金属片回到电源正极。由于左半部是P型，导电方式是空穴，空穴流动方向与电子流动方向相反，所以空穴是结点3金属片一结点4金属片一到电源负极。结点4金属中的空穴具有的能量低于P型中空穴能量，当空穴在电场作用下要从3到达P型，必须要增加能量，并把这部分势能转蛮为空穴的垫能.因而在结点3处的I金属被冷却下来，当空穴流向4时，金属片曲于P型中空穴能量太子金属中空穴的能量，因而要释放多余的势能，要将热放出来这4处的金属片是被加热。右半部是N型，与金属片联接是靠自由电子电的，而在结点2金属中势能低于N型电子势能，当自由电子在电场作用I电子通过结点2到达N型时必然要增加垫能，这部分势能只能从金属片势能取得，同时必然使结点2金属片冷下来。当电子由N型流向结点I金属片时，由于电子从势能较高的地方流向势能低，故要释放多余的垫能.并变成热能，在结点I处使金属片加热，是热端。
[0040]在上述实施例的全封闭型动力锂离子电池系统中，锂离子电池模块，多个电池模块串联组成锂离子电池包。锂离子电池模块内部包含若干支并联的铝塑膜锂离子电池。铝塑膜锂离子电池与铝塑膜锂离子电池之间具有导热层，导热层可将电池工作时产生的热量传导到电池模块的金属壳体(电池单元外壳)上，并经由电池壳体将热量释放到电池箱体内部。铝塑膜电池并联时，极耳连接采用焊接方式，在保证连接可靠性和工业化生产的基础上，降低了电池串并联所产生的内阻值。
[0041]在锂离子电池模块(即动力锂离子电池单元)上设计有定位孔及定位销，可以保证多支电池模块串并联时的定位安装，利于实现工业化生产。上述实施例的全封闭型动力锂离子电池系统，通过一种有效可靠的设计，使锂离子电池在成组时具有良好的散热和加热功能。
[0042]由于新能源车辆的不同，对电池的规格需求也不尽相同，可由单一电池模块通过不同的串并联组合组成不同规格的电池系统，以满足不同车辆的要求，本实用新型采用的锂离子电池模块可以任意的进行串、并联组合，同时保证生产的连续性和工艺的可操作性。这样易形成产品的标准化和系列化。
[0043]在上述实施例的全封闭型动力锂离子电池系统中，锂离子电池模块(即动力锂离子电池单元)组成电池包，并与电池箱体进行可靠地固定，可防止振动冲击对电池的伤害，同时避免电池包生产过程中对单体电池自身的伤害。使用的锂离子电池模块具有互换性强、适合工业化生产，可根据客户的不同需求，任意组合的优点。
[0044]上述实施例的全封闭型动力锂离子电池系统，主要应用于电动汽车上，因此电池系统需要满足车辆的安全要求，保证足够好的绝缘及防火、防水、防振性能，本实用新型通过合理的选材和工艺，保证符合车辆及电池的安全要求。
[0045]综上所述，本实用新型上述各实施例的全封闭型动力锂离子电池系统，主要包括电池箱体、连接器、电池包、电池管理系统、安全防护装置、冷却系统和密封装置等。该全封闭型动力锂离子电池系统，至少可以达到以下有益效果:
[0046]⑴附有安装脚，与整车安装固定，耐受道路车辆行驶时所受到的振动和冲击。
[0047]⑵采用全封闭结构设计，其防护等级达到了 IP67，能够满足小型汽车的使用环境要求，同时依靠电池模块pack巧妙设计(电池并联后外部采用散热性能优良的合金外壳包覆)，使得电池在使用过程中产生的热量能有效的与外界交换，从而保证了动力锂离子电池散热的要求。pack小模块(即电池单元pack)的外壳材料是招合金。
[0048]⑶在电池箱上盖顶面设计有一个防爆孔，当电池箱内的压力瞬间升高达到一定值时，防爆孔就会先破裂，释放空气，有效的防止电池系统内部产生瞬时高压，可以为小型电动汽车的安全行驶提供了有效的保障。
[0049]⑷采用了动力锂离子电池单元，动力锂离子电池单元由铝塑膜锂离子电池并联组成，电池极耳并联采用焊接方式。该铝塑膜锂离子电池，具体采用外封装为金属材料的铝塑膜电池，集成高压控制部分，可靠地防水密封垫，再加上电池管理系统、安装装置和防水连接器，组成可靠安装的电池系统。
[0050]最后应说明的是:以上所述仅为本实用新型的优选实施例而已，并不用于限制本实用新型，尽管参照前述实施例对本实用新型进行了详细的说明，对于本领域的技术人员来说，其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换。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、改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。
【权利要求】
1.一种全封闭型动力锂离子电池系统，其特征在于，包括能够封闭设置的电池箱，固定安装在所述电池箱内部的锂离子电池包、与所述锂离子电池包配合连接的动力电池管理系统、与所述锂离子电池包配合安装的散热装置、与所述电池箱主体配合安装的半导体加热制冷系统、分别与所述锂离子电池包配合连接的接触器和熔断器，以及固定安装在所述电池箱外壁、且与锂离子电池包连接的连接器。
2.根据权利要求1所述的全封闭型动力锂离子电池系统，其特征在于，所述电池箱，包括电池箱主体和电池箱上盖；所述电池箱上盖与电池箱主体全密封式配合安装；所述锂离子电池包、动力电池管理系统、散热装置、半导体加热制冷系统、接触器和熔断器均固定安装在电池箱主体中，所述连接器固定安装在电池箱主体的外壁上。
3.根据权利要求2所述的全封闭型动力锂离子电池系统，其特征在于，在所述电池箱上盖上，设有软性非金属材质的防爆盖。
4.根据权利要求2所述的全封闭型动力锂离子电池系统，其特征在于，在所述电池箱上盖和电池箱主体之间，设有密封垫。
5.根据权利要求4所述的全封闭型动力锂离子电池系统，其特征在于，在所述电池箱上盖和电池箱主体之间，设有带放松结构的多个不锈钢螺栓；所述电池箱上盖、密封垫和电池箱主体之间，通过多个不锈钢螺栓连接。
6.根据权利要求1-5中任一项所述的全封闭型动力锂离子电池系统，其特征在于，所述锂离子电池包，包括通过优质导体串联的多个动力锂离子电池单元。
7.根据权利要求6所述的全封闭型动力锂离子电池系统，其特征在于，每个动力锂离子电池单元，包括铝合金材质的电池单元外壳，安装在所述电池单元外壳内部、且并联的多个铝塑膜锂离子电池，安装在相邻铝塑膜锂离子电池之间的导热层，以及安装在所述电池单元外壳外壁的极柱。
8.根据权利要求6所述的全封闭型动力锂离子电池系统，其特征在于，在每个动力锂离子电池单元上，匹配设有串联或并联用的定位孔和定位销。
9.根据权利要求1-5中任一项所述的全封闭型动力锂离子电池系统，其特征在于，所述连接器，包括高压连接器和低压连接器。
10.根据权利要求1-5中任一项所述的全封闭型动力锂离子电池系统，其特征在于，在所述电池箱底部，设有用于与整车固定安装的安装脚。
【文档编号】H01M10/625GK203839467SQ201420126772
【公开日】2014年9月17日 申请日期:2014年3月20日 优先权日:2014年3月20日
【发明者】郭军, 王瑞军, 毛永志, 刘正耀 申请人:中信国安盟固利动力科技有限公司