动力电池箱及动力电池箱盖的制作方法

本实用新型涉及汽车零部件领域，更具体地说，涉及电动汽车的动力电池零部件。

背景技术：

目前的乘用电动汽车主要采用锂离子电池作为储能部件，即动力电池。目前主流的锂电池包括磷酸铁锂电池和三元锂(镍钴锰酸锂)电池，其中三元锂电池根据镍钴锰含量的不同又可以分为ncm532(镍钴锰含量比例为5:3:2)和高镍三元锂ncm811(镍钴锰含量比例为8:1:1)。

动力电池作为一种可充电储能装置，通常的结构包括多个电池单体按照串并联组成电池模块，电池模块、电池管理模块、箱盖、箱体及相应附件通过机械和电气连接构成电池包，一个或一个以上电池包及相应附件构成动力蓄电池系统。动力蓄电池系统作为电动汽车上的核心零部件，近年来在轻量化、低成本、高能量密度、长续航、可快充等压力之下，面临的挑战越来越大，由动力蓄电池引发的安全问题越来越受关注。

电池单体放热连锁反应引起电池温度不可控持续上升的现象称为热失控，电池包或系统内由一个电池单体热失控引发的其余电池单体接连发生热失控的现象称为热扩散。

动力蓄电池安全问题的本源是电池单体热失控，当一个电池单体发生热失控后，相邻单体受影响后也相继发生热失控，进而导致电池包或系统发生热扩散，最终引发起火、爆炸等安全事故，严重威胁乘员人身生命安全，是最受瞩目、亟需解决的动力蓄电池安全问题。

我国在2020年5月中旬颁布强制国标gb38031-2020《电动汽车用动力蓄电池安全要求》，率先推行热扩散安全要求。具体要求为：电池包或系统在由于单个电池热失控引起热扩散、进而导致乘员舱发生危险之前5分钟，应提供一个热事件报警信号(服务于整车热事件报警，提醒乘员疏散)。即从第一个电池单体热失控开始直到危险情况出现(例如电池包外部明火)，必须有大于5分钟的时间间隔。

随后在2020年5月下旬工业和信息化部发布通知，企业申请产品准入时，须依据包括gb38031-2020《电动汽车用动力蓄电池安全要求》的三项电动汽车强制性标准进行检验检测，相关检验检测报告作为产品准入的依据。也就是说，如果不能通过热扩散要求，电动车不能获得准入。2021年1月1日起强制实施，2021年1月1日前作为过渡阶段允许企业根据自身情况提前执行。

在目前电池单体化学体系和电池模块布置和固定模式基本被定型的情况下，电池单体一旦发生热失控并导致热扩散，只能靠电池包或系统层面的箱盖和箱体进行防护。随着电池技术不断发展，提升能量密度和续航里程，电池单体的正极材料由磷酸铁锂发展到三元锂(镍钴锰酸锂)，三元锂材料进一步由ncm532(镍钴锰含量比例为5:3:2)向高镍三元锂ncm811(镍钴锰含量比例为8:1:1)迈进。由于电池单体化学体系的变化，电池单体层面的热失控防护愈发困难，必须在电池包系统层面构建最后一道防线，延缓或阻止导致乘员舱发生危险事件的发生，给乘员疏散提供足够时间。目前电池模块布置和固定模式大多是基于电池单体喷口向上，正对上方的箱盖，系统层面措施主要在于提升箱盖对热失控及热扩散喷发物的防护能力。针对采用高镍三元锂ncm811的动力蓄电池，基于热扩散设计的箱盖技术方案成为焦点和难题。

技术实现要素：

根据本实用新型的一实施例，提出一种动力电池箱盖，包括：冲压件、保护包边、密封胶和防护涂层。保护包边包裹冲压件的边缘，保护包边具有弹性。密封胶将动力电池箱盖与动力电池箱体密封。防护涂层涂覆在冲压件的内表面或者外表面的至少其中一面，防护涂层的正投影覆盖动力电池箱内的电池模块，防护涂层的干膜厚度为0.5mm～1mm。

在一个实施例中，防护涂层的阻燃特性为：以90℃存放500小时，以1200℃垂直火焰喷射，5分钟不烧穿。防护涂层的干膜密度不小于1.35g/cm³。防护涂层的膨胀倍率为20至40倍。防护涂层的体积电阻率大于1012ω·cm。

在一个实施例中，冲压件是经电泳涂装的钢板冲压件，厚度为0.5mm到1.2mm。保护包边是聚氯乙烯包边。密封胶是单组分发泡密封胶。

在一个实施例中，护涂层涂覆在冲压件的内表面以及外表面。

根据本实用新型的一实施例，提出一种动力电池箱，包括：动力电池箱体、电池模块、电池管理组件和动力电池箱盖，其中动力电池箱盖盖在动力电池箱体上形成动力电池箱，电池模块和电池管理组件放置在动力电池箱中，该动力电池箱盖包括：冲压件、保护包边、密封胶和防护涂层。保护包边包裹冲压件的边缘，保护包边具有弹性。密封胶将动力电池箱盖与动力电池箱体密封。防护涂层涂覆在冲压件的内表面或者外表面的至少其中一面，防护涂层的正投影覆盖动力电池箱内的电池模块，防护涂层的干膜厚度为0.5mm～1mm。

在一个实施例中，防护涂层的阻燃特性为：以90℃存放500小时，以1200℃垂直火焰喷射，5分钟不烧穿。防护涂层的干膜密度不小于1.35g/cm³。防护涂层的膨胀倍率为20至40倍。防护涂层的体积电阻率大于1012ω·cm。

在一个实施例中，冲压件是经电泳涂装的钢板冲压件，厚度为0.5mm到1.2mm。保护包边是聚氯乙烯包边。密封胶是单组分发泡密封胶。

在一个实施例中，护涂层涂覆在冲压件的内表面以及外表面。

在一个实施例中，电池模块包括方形电池本体和方形电池喷口，电池模块是高镍三元锂离子电池模块。

本实用新型提出的动力电池箱以及箱盖涂覆了阻燃绝缘涂层，具有足够的机械强度、阻燃能力和绝缘能力。该箱盖能满足采用高镍三元锂材料锂离子电池的电池包热扩散要求，该动力电池箱以及箱盖具有安全可靠、成本低、工艺简单、易批量工业化实施的优点。

附图说明

图1揭示了根据本实用新型的一实施例的动力电池箱盖的结构示意图。

图2揭示了根据本实用新型的一实施例的动力电池箱盖的截面结构图。

图3揭示了根据本实用新型的一实施例的动力电池箱的结构示意图。

图4揭示了根据本实用新型的一实施例的动力电池箱的截面结构图。

具体实施方式

典型的动力蓄电池由电池模块、电池管理模块、箱盖、箱体及相应附件等结构部件和电气部件组成，在电池模块型号及布置方式确定的情况下，电池包层面的热扩散设计主要在于箱盖技术方案。

现有技术中采用的箱盖主要包括以下几种：铝制箱盖、电泳涂装的钢制箱盖、复合材料箱盖。

铝制箱盖通过冲压工艺制成，轻量化效果较好，但铝合金熔点在700℃以下，电池单体热失控后喷发的可燃物质温度可达1200℃以上，可燃物质由电池单体铝塑膜喷口上方喷出，其上方的铝合金箱盖秒级熔化，箱盖外侧出现剧烈的明火燃烧。铝制箱盖难以满足gb38031-2020所要求的5分钟的阻燃时间间隔。

钢制箱盖通过冲压工艺制成，壳体暴露在外部，仅镀锌层不能满足抗腐蚀要求，因此需要电泳涂层进行防腐蚀防护。热扩散试验中，由电池单体热失控后喷出高温可燃物使壳体外侧温度局部可达750℃以上，导致电泳涂层碳化，10秒钟以内会出现明火燃烧。虽然钢制箱盖的表现好于铝制箱盖，但是距离5分钟的时间要求还是存在较大差距，亦不能满足热扩散要求。

复合材料箱盖通过模压工艺制成，熔点也较低，热失控以后会出现熔化和剧烈的明火，也无法满足5分钟的阻燃要求。

为了增加箱盖的阻燃能力，部分箱盖的内侧会增加云母片。通过将云母片粘贴到箱盖的内侧来增加阻燃和绝缘的能力。虽然云母片自身的阻燃和绝缘性能较佳，但云母片的安装固定较为困难。试验表明，安装固定到箱盖内侧的云母片难以满足耐久振动试验，在长期振动工况下容易出现松动脱落的情况，云母片脱落后箱盖失去云母片的防护，阻燃和绝缘能力大幅下降。此外，云母片的制造成本和安装工艺成本都较高，会显著增加电池包的成本，不容易工业化实施。

随着电动汽车续航里程的不断增加，需要动力电池提供更高的能量密度，因此三元锂逐渐替代了稳定性更好的磷酸铁锂作为电池单体正极材料，虽然三元锂材料为动力电池带来更高能量密度，但其热稳定性相对较低，特别是高镍三元锂材料在200℃度左右即开始发生分解，释放氧气，这也导致了三元锂材料锂离子电池的安全性要低于磷酸铁锂电池，一旦发生过充、高温、针刺等电滥用、热滥用、机械滥用情况下，容易引发热失控。采用加热触发热失控，加热至一定温度以上，电池单体内部压力升高，电池单体会出现明显的鼓胀，随后电池单体铝塑膜处出现电解液爆喷现象，使箱盖经受高温喷射物质的考验。

动力电池的能量密度与热稳定性成反比，在越来越追求高能量密度的情况下，动力电池的热稳定性逐步降低。ncm811高镍三元锂电池的热稳定性比磷酸铁锂和ncm532的热稳定性显著降低，因此对热扩散防护提出了更高的要求，随着ncm811高镍三元锂电池的推广使用，需要对高镍三元锂离子电池的动力电池包提出一种满足热扩散安全要求的批量工业化箱盖技术方案。

本实用新型提出一种动力电池箱盖，图1揭示了根据本实用新型的一实施例的动力电池箱盖的结构示意图。图2揭示了根据本实用新型的一实施例的动力电池箱盖的截面结构图，图2是图1中b-b线的截面图。如图所示，该动力电池箱盖包括：冲压件101、保护包边102、密封胶103和防护涂层。冲压件101是经电泳涂装的钢板冲压件，厚度为0.5mm到1.2mm。经电泳涂装的钢板冲压件101满足整个电池包的密封刚度和强度以及抗腐蚀要求。保护包边102包裹冲压件101的边缘，保护包边102具有弹性。在一个实施例中，保护包边102是聚氯乙烯包边，聚氯乙烯包边102保护钢板冲压件的切边，满足抗腐蚀要求。密封胶103将动力电池箱盖与动力电池箱体密封。在一个实施例中，密封胶103是单组分发泡密封胶。单组分发泡密封胶103实现动力电池包箱盖和箱体之间的密封功能。防护涂层涂覆在冲压件101的内表面或者外表面的至少其中一面，在图示的实施例中，防护涂层涂覆在冲压件101的内表面以及外表面，其中在冲压件101的内表面涂覆形成内侧防护涂层104、在冲压件101的外表面涂覆形成外侧防护涂层105。在图示的实施例中，无论是内侧防护涂层104还是外侧防护涂层105，都不是涂覆满整个冲压件101的表面，而是覆盖冲压件表面上的一部分区域，该部分区域是与电池模块相对应的区域。在一个实施例中，防护涂层的正投影覆盖动力电池箱内的电池模块。防护涂层，包括内侧防护涂层104和外侧防护涂层105的物理特性如下：

防护涂层的干膜厚度为0.5mm～1mm；

防护涂层的阻燃特性为：以90℃存放500小时，以1200℃垂直火焰喷射，5分钟不烧穿；

防护涂层的干膜密度不小于1.35g/cm³；

防护涂层遇高温膨胀，膨胀倍率为20至40倍；

防护涂层的体积电阻率大于1012ω·cm。试验表明，防护涂层除了阻燃特性外，还需要具备绝缘特性，在电池热失控时有可能会产生电弧，如果防护涂层的绝缘特性不佳，涂层可能被电弧击穿而导致阻燃能力下降，因此防护涂层需要同时兼具阻燃特性和绝缘特性。

目前可以采购到多种防护涂料，本实用新型并不限制防护涂料的具体种类或者品牌，只需要满足上述物理特性的防护涂料都可以选用。并且，根据动力电池尺寸、布置密度、电池单体化学体系(磷酸铁锂、ncm532或者ncm811)以及所选择的防护涂料种类的不同，所涂覆的防护涂层的干膜厚度可以有所不同，但基本都落在0.5mm～1mm的范围内。此外，内侧防护涂层104和外侧防护涂层105也可以仅选择其中一层进行涂覆。在部分热稳定性较好的电池方案中，可以只涂覆内侧防护涂层104和外侧防护涂层105。在满足gb38031-2020的热扩散要求的条件下，防护涂层的数量和厚度可以根据动力电池包的方案而有所调整。

本实用新型还提出一种动力电池箱，图3揭示了根据本实用新型的一实施例的动力电池箱的结构示意图。图4揭示了根据本实用新型的一实施例的动力电池箱的截面结构图，图4是图3中a-a线的截面图。如图所示，该动力电池箱包括：动力电池箱体300、电池模块200、电池管理组件400和动力电池箱盖100。动力电池箱盖100盖在动力电池箱体300上形成动力电池箱，电池模块200和电池管理组件400放置在动力电池箱中。其中的动力电池箱盖(参考图1和图2所示)包括：冲压件101、保护包边102、密封胶103和防护涂层。冲压件101是经电泳涂装的钢板冲压件，厚度为0.5mm到1.2mm。经电泳涂装的钢板冲压件101满足整个电池包的密封刚度和强度以及抗腐蚀要求。保护包边102包裹冲压件101的边缘，保护包边102具有弹性。在一个实施例中，保护包边102是聚氯乙烯包边，聚氯乙烯包边102保护钢板冲压件的切边，满足抗腐蚀要求。密封胶103将动力电池箱盖与动力电池箱体密封。在一个实施例中，密封胶103是单组分发泡密封胶。单组分发泡密封胶103实现动力电池包箱盖和箱体之间的密封功能。防护涂层涂覆在冲压件101的内表面或者外表面的至少其中一面，在图示的实施例中，防护涂层涂覆在冲压件101的内表面以及外表面，其中在冲压件101的内表面涂覆形成内侧防护涂层104、在冲压件101的外表面涂覆形成外侧防护涂层105。在图示的实施例中，无论是内侧防护涂层104还是外侧防护涂层105，都不是涂覆满整个冲压件101的表面，而是覆盖冲压件表面上的一部分区域，该部分区域是与电池模块相对应的区域。在一个实施例中，防护涂层的正投影覆盖动力电池箱内的电池模块。防护涂层，包括内侧防护涂层104和外侧防护涂层105的物理特性如下：

防护涂层的干膜厚度为0.5mm～1mm；

防护涂层的阻燃特性为：以90℃存放500小时，以1200℃垂直火焰喷射，5分钟不烧穿；

防护涂层的干膜密度不小于1.35g/cm³；

防护涂层遇高温膨胀，膨胀倍率为20至40倍；

防护涂层的体积电阻率大于1012ω·cm。试验表明，防护涂层除了阻燃特性外，还需要具备绝缘特性，在电池热失控时有可能会产生电弧，如果防护涂层的绝缘特性不佳，涂层可能被电弧击穿而导致阻燃能力下降，因此防护涂层需要同时兼具阻燃特性和绝缘特性。

目前可以采购到多种防护涂料，本实用新型并不限制防护涂料的具体种类或者品牌，只需要满足上述物理特性的防护涂料都可以选用。并且，根据动力电池尺寸、布置密度、电池单体化学体系(磷酸铁锂、ncm532或者ncm811)以及所选择的防护涂料种类的不同，所涂覆的防护涂层的干膜厚度可以有所不同，但基本都落在0.5mm～1mm的范围内。此外，内侧防护涂层104和外侧防护涂层105也可以仅选择其中一层进行涂覆。在部分热稳定性较好的电池方案中，可以只涂覆内侧防护涂层104和外侧防护涂层105。在满足gb38031-2020的热扩散要求的条件下，防护涂层的数量和厚度可以根据动力电池包的方案而有所调整。

在图3和图4所示的实施例中，电池模块200是方形电池，包括方形电池本体202和方形电池喷口201。每一个单体的方形电池本体202的顶部就有一个单体铝塑膜喷口201。数个方形电池单体组成电池阵列，构成方形的电池模块200。在一个实施例中，电池模块是ncm811高镍三元锂离子电池模块。

经试验验证表明，采用本实用新型的动力电池箱和箱盖，电池包实例满足热扩散要求，即加热触发电池单体热失控以后5分钟内箱盖完好无烧穿无明火，电池包外部无名火、无爆炸，5分钟内无危险事件发生。根据高镍三元锂电池单体热失控喷射物质不同情况，可以选择仅内侧涂覆或仅外侧涂覆，也可以对内外侧的涂覆区域做选择，以及对钢板冲压件厚度和内外侧阻燃涂层厚度做选择，钢板厚度在0.5mm到1.2mm之间，阻燃涂层干膜在0.5mm到1.0mm之间，本实用新型的动力电池箱和箱盖可以提供适应于高镍三元锂离子电池的基于电池包热扩散要求的箱盖设计组合。防护涂层为遇高温膨胀型阻燃材料，膨胀倍率为20至40倍。采用双组份混合湿膜自动喷涂施工，喷涂后需要烘烤固化，其干膜具有阻燃防火功能，且其具备良好的粘接、防腐蚀、抗冲击、绝缘等特性。

本实用新型提出的动力电池箱以及箱盖涂覆了阻燃绝缘涂层，具有足够的机械强度、阻燃能力和绝缘能力。该箱盖能满足采用高镍三元锂材料锂离子电池的电池包热扩散要求，该动力电池箱以及箱盖具有安全可靠、成本低、工艺简单、易批量工业化实施的优点。

还需要注意的是，以上所列举的实施例仅为本实用新型的具体实施例。显然本实用新型不局限于以上实施例，随之做出的类似变化或变形是本领域技术人员能从本实用新型公开的内容直接得出或者很容易便联想到的，均应属于本实用新型的保护范围。上述实施例是提供给熟悉本领域内的人员来实现或使用本实用新型的，熟悉本领域的人员可在不脱离本实用新型的实用新型思想的情况下，对上述实施例做出种种修改或变化，因而本实用新型的保护范围并不被上述实施例所限，而应该是符合权利要求书提到的创新性特征的最大范围。