一種電動汽車模塊化快換動力電池單元的制作方法
【專利摘要】本實用新型公開了一種電動汽車模塊化快換動力電池單元，其主體為若干相同的電芯；每塊電芯相對的兩邊中部向外延伸突起形成正極極耳和負極極耳。電芯的兩端通過正極極耳和負極極耳固定在兩豎向的支撐板上。所有電芯串聯在一起并與支撐板一起形成電池模組，電池模組置于矩形電池盒內，在電池盒與電池模組之間的間隙中填充有導熱材料。電池模組正極和電池模組負極共同從電池盒其中一個面引出并設置為正極插接頭和負極插接頭。本動力電池單元為模塊化設計，可配置在不同車型上，通用性好；配置時，根據消費者實際情況可以有不同的配置形式。通過換電方式，解決了充電時間長、充電要求高的問題。
【專利說明】
一種電動汽車模塊化快換動力電池單元
技術領域
[0001 ]本實用新型涉及電動汽車電池技術改進，尤其涉及一種電動汽車模塊化快換動力電池單元，屬于電動汽車技術領域。
【背景技術】
[0002]隨著世界能源形式的不斷嚴峻，不使用傳統燃料的新能源車越來越多地被大家所倡導和鼓勵。其中電動汽車成為企業研發的重點方向，并隨著技術的發展也實現了商業應用，逐漸進入人們的生活。雖然電動汽車早已實現上路行駛，但其面對的問題還很多，這也是導致其發展緩慢的重要原因，其中主重要的制約因素就是動力電池。目前動力電池主要存在以下缺陷:1、成本居高不下，占整車成本的一半以上;2、續航能力弱，普通電池即使充滿電也只能行駛200-300公里，而且隨著充電次數的增加，續航里程還會不斷減少；3、電池充電不方便，遠遠不及目前加油站的布設密度，而且對充電環境溫度有一定的要求，否則會影響電池壽命;4、壽命短，動力電池的壽命通常為5_6年，報廢后需要購買新的動力電池，而其價格昂貴，消費者難以承受;5、充電時間長，S卩使快充也需要大半個小時，跟傳統的加油站加油還是顯得很慢，且快充續航里程更短;6、不同車企、車型配置的電池規格不同，往往不能互換，對電池生產廠家和整車生產廠家都提出了更高的要求，同時也提高了整車開發成本;同一款車電池配置相同，消費者不能根據自身實際駕駛情況個性化地調整。7、為了對電池工作狀況進行監測，現有電動汽車給動力電池配置了BMS管理系統，BMS管理系統用于監測電池的電壓、電流和溫度等重要信息，這些信息儲存在BMS管理系統中，需要專門的設備才能讀取，用戶沒有配備這樣的設備故無法了解。因此現有的電動汽車需要定期維護或者異常狀況下進行電池的檢測，其中一個重要檢測項就是讀取BMS管理系統數據，通過該檢測來提高車載電池運營可靠性及安全性;但由于目前的BMS管理系統只能定期維護或者出現異常狀況時才去讀取其中數據，及時性較差，很多情況下還沒有到定期維護時間，就因為電池問題而影響整車的使用，或者電池帶病工作影響其壽命。
【實用新型內容】
[0003]針對現有技術存在的上述不足，本實用新型的目的在于提供一種電動汽車模塊化快換動力電池單元，本動力電池單元解決了充電時間長、充電要求高的問題，且可配置在不同車型上，通用性好;配置時，根據消費者實際情況可以有不同的配置形式。
[0004]為了實現上述目的，本實用新型采用的技術方案如下:
[0005]—種電動汽車模塊化快換動力電池單元，其主體為若干相同的電芯;所有電芯電連接后封裝在電池盒內；所述電芯為矩形塊狀，每塊電芯相對的兩邊中部向外延伸突起形成該電芯的正極極耳和負極極耳;所有電芯平行設置且正極極耳和負極極耳位于橫向方向上，電芯的兩端通過正極極耳和負極極耳固定在兩豎向的支撐板上，支撐板與電芯相互垂直;所有電芯串聯在一起并與支撐板一起形成電池模組；電池模組置于矩形電池盒內，在電池盒與電池模組之間的間隙中填充有導熱材料;電池模組正極和電池模組負極共同從電池盒其中一個面引出并設置為正極插接頭和負極插接頭。
[0006]在每塊電芯上設有用于采集該電芯電壓大小的電壓傳感器、采集該電芯電流大小的電流傳感器和采集該電芯溫度的溫度傳感器，所有電芯的電壓傳感器、電流傳感器和溫度傳感器分別通過信號線接入同一套電池管理系統;所述電池管理系統通過藍牙連接方式與車載藍牙模塊連接，車載藍牙模塊的輸出接車載控制器和車聯網模塊，車聯網模塊通過無線傳輸方式與車輛運營監控后臺連接。
[0007]所述電池管理系統作為電池模組的一部分水平放置在并排設置的電芯共同構成的上表面上，并封裝于電池盒內；或者固定于電池盒外表面上。
[0008]在電池盒上設有診斷接口，所有電芯的電壓傳感器、電流傳感器和溫度傳感器分別通過信號線與診斷接口連接;診斷接口可與匹配的檢測模塊插接以通過診斷接口讀取每個電芯的電壓、電流和溫度信息。
[0009]在電池盒兩端設置有絕緣阻燃提手繩，以方便通過提手繩人工移動電池單元；
[0010]所述電池盒為高強度絕緣阻燃材質，該材質為聚雙環戊二烯。
[0011]電池模組正極和電池模組負極分別通過熔斷器與正極插接頭和負極插接頭對應連接。
[0012]在電池盒的一塊側壁上安裝有可拆卸的插接模塊，所述正極插接頭和負極插接頭位于插接模塊下表面并朝向正下方;所述診斷接口位于插接模塊上表面一端;在插接模塊內設有兩組導線，每組為兩根，每組中的兩根導線通過所述熔斷器連接為整根導線，由此形成兩整根導線，其中一整根導線分別連接正極插接頭和電池模組正極，另一整根導線接負極插接頭和電池模組負極。
[0013]電芯串聯時，任意一塊電芯的正極極耳和相鄰的另一塊電芯的負極極耳直接通過激光焊接連接。
[0014]相比現有技術，本實用新型具有如下有益效果:
[0015]1、本模塊化電池單元體積小，標準化統一，適用于不同車型電池組配置要求，既可直接充電，也可快速換電；換電時，既可實現機器自動化高效換電，也可人工手動快速換電，提高了電動汽車維護性能。
[0016]2、使用靈活，根據不同的車型和使用情況可以進行各種配置。如可通過串聯數個模塊來滿足電動汽車行業低壓到高壓不同車型電壓需求;也可通過并聯數組電池單元來滿足不同車型續駛里程需求。
[0017]3、每個電池單元與車身采用浮動快換連接器，連接可靠、換電輕松快捷，確保行車過程中電池全面接觸。
[0018]4、電池模組電芯串聯，正負極極耳直接激光焊接，減小電池內阻，降低能量損耗。[00?9 ] 5、電池模組內配置一個電池管理系統(BMS )模塊，時刻對每個電芯的工作狀態進行檢測，同時采用無線傳輸方式，實現BMS與汽車儀表以及后臺的數據傳輸。
[0020]6、模組單體電芯間直接堆疊成組，可以有效減少電池組重量、電池組尺寸，提高能量密度。
[0021]7、電池盒采用新型的聚雙環戊二烯材質，取代金屬電池箱，減輕殼體重量，增強防撞擊防沖擊能力，提高安全性。
[0022]8、電池盒與電池模組間填充導熱材料(如灌封硅膠)，有效地將內部的熱量傳導到電池盒殼體外部，對電池組也有效地起到了固定作用，防止長期振動后的松動。
[0023]9、某塊電池單元出現故障，可以單獨對故障模塊進行更換，而不用將整個電池更換，從而降低使用和維護成本。
【附圖說明】
[0024]圖1-本實用新型電池單元外部結構示意圖。
[0025]圖2-本實用新型電池模組結構示意圖。
[0026]圖3-本實用新型單個電芯外形圖。
[0027]圖4-本實用新型熔斷器外部拆換示意圖。
【具體實施方式】
[0028]下面結合附圖對本實用新型作進一步詳細說明。
[0029]參見圖1、圖2，從圖上可以看出，本實用新型電動汽車模塊化快換動力電池單元，其主體為若干相同的電芯1，所有電芯I電連接后封裝在電池盒2內。具體地，所述電芯I為矩形片狀，見圖3，每塊電芯相對的兩邊中部向外延伸突起形成該電芯的正極極耳3和負極極耳4。所有電芯平行設置且正極極耳和負極極耳位于橫向方向上，電芯的兩端通過正極極耳3和負極極耳4固定在兩豎向的支撐板5上，支撐板5與電芯I相互垂直，支撐板5為環氧樹脂板。理論上，電芯既可以水平布置，也可以豎向布置，豎向布置時，兩極耳既可以朝向左右方向，也可以位于上下兩端。實施例中電芯I豎向并排設置，兩極耳朝向左右方向，這樣結構更緊湊，更利于減小電池單元的體積，實現小型化。所有電芯I串聯在一起并與支撐板5—起形成電池模組，圖2為本實用新型電池模組結構示意圖。電芯串聯時，任意一塊電芯的正極極耳3和相鄰的另一塊電芯的負極極耳4直接采用激光焊接連接，可以減小電池內阻，降低能量損耗。電池模組置于矩形電池盒2內，在電池盒與電池模組之間的間隙中填充有導熱材料，如硅膠，硅膠一方面把電芯工作時的熱量傳導出來，通過電池盒散發，另一方面，硅膠進入電芯與電芯之間，使整個電池模組構成一個實心整體，其強度和穩定性都得到提高。電池模組正極和電池模組負極共同從電池盒其中一個面引出并設置為正極插接頭6和負極插接頭7，圖1為本實用新型封裝后的電池單元外部結構示意圖。
[0030]本實用新型電池單元為模塊化設計，單個電池單元體積小巧，實際產品長303土10mm，寬178.5± 10mm，高202± 10mm。重量輕，大約為13-17kg，方便安裝和更換，女性更換也不是問題。所有電池單元標準化統一，適用于不同車型電池組配置要求，既可直接充電，也可快速換電。換電時，既可實現機器自動化高效換電，也可人工手動快速換電，提高了電動汽車維護性能。同時，模塊化設計，更利于電池單元在整車上的布置，較傳統整塊電池的設計，本結構更利于合理、充分利用車輛空間。
[0031]本電池單元使用靈活，根據不同的車型和使用情況可以進行各種配置。實施例中電池單元電壓為72V平臺，具有模塊電壓基數優勢:如可通過串聯數個模塊來滿足電動汽車行業低壓到高壓不同車型電壓需求;也可通過并聯數組電池單元來滿足不同車型續駛里程需求，還可以根據需要進行串并聯混連。較普通單體電芯電池在整車布置數量極少，減少了連接點，提高了高壓連接可靠性。安裝時，直接將電池單元的正極插接頭和負極插接頭與車輛上的正極插接座和負極插接座插接即可。為實現快速插接和更換，將正極插接頭和負極插接頭設計為快速插接結構，即電池單元在車輛上安裝到位后，自動實現與車輛上的正極插接座和負極插接座對接。
[0032]由于電池為模塊化設計，所有車輛規格統一，理論上，所有的電動汽車都可以采用本結構電池，只是數量不同，連接方式不同而已。這樣既方便了用戶選擇，也利于電池單元的設計、生產，降低整車開發設計成本，利于電動汽車推廣運營及車輛的維護保養，同時提高車輛的安全性能。
[0033]為方便對電池單元的掌握和信息采集，在每塊電芯上設有用于采集該電芯電壓大小的電壓傳感器、采集該電芯電流大小的電流傳感器和采集該電芯溫度的溫度傳感器，所有電芯的電壓傳感器、電流傳感器和溫度傳感器分別通過信號線接入同一套電池管理系統S(BMS);所述電池管理系統通過藍牙連接方式與車載藍牙模塊連接，車載藍牙模塊的輸出接車載控制器和車聯網模塊，一方面可以直接通過車載控制器并結合顯示屏在車內進行顯示或者報警，另一方面車聯網模塊通過無線傳輸方式與車輛運營監控后臺連接，由后臺對電池單元進行實時監控和管理。
[0034]本實用新型在每個電池單元內配置一個電池管理系統8(BMS)模塊，時刻對每個電芯I的工作狀態進行檢測，同時采用無線傳輸方式，實現BMS與汽車儀表以及后臺的數據傳輸，后臺將對風險電池第一時間維護到位，將有效控制電池使用安全。較傳統BMS管理系統，本實用新型減少了定期維護檢測電池包的工作，提高了車載電池運營可靠性及安全性；同時電池模塊單個內部集成電芯單元小，集成BMS較傳統的獨立BMS模塊降低了成本，提高了管理系統模塊可靠性。
[0035]所述電池管理系統8作為電池模組的一部分水平放置在并排設置的電芯I共同構成的上表面上，并封裝于電池盒2內；這樣的電池管理系統布置結構，在實現產品功能的情況下，不增加產品體積。當然，電池管理系統也可以固定于電池盒外表面上。
[0036]在電池盒2上設有診斷接口 9，所有電芯的電壓傳感器、電流傳感器和溫度傳感器分別通過信號線與診斷接口 9連接;診斷接口可與匹配的檢測模塊插接以通過診斷接口讀取每個電芯的電壓、電流和溫度信息。這樣方便用戶對電池單元進行檢測和工作狀態的掌握，便于及時發現問題，特別適合電池出現狀況時的檢測。
[0037]電池模組正極和電池模組負極分別通過熔斷器10與正極插接頭6和負極插接頭7對應連接。具體地，在電池盒I的一塊側壁上安裝有可拆卸的插接模塊11，同時參見圖4，所述正極插接頭6和負極插接頭7位于插接模塊11下表面并朝向正下方;所述診斷接口 9位于插接模塊11上表面一端;在插接模塊內設有兩組導線，每組為兩根，每組中的兩根導線通過所述熔斷器連接為整根導線，由此形成兩整根導線，其中一整根導線分別連接正極插接頭和電池模組正極，另一整根導線接負極插接頭和電池模組負極。為方便熔斷器更換，熔斷器10通過可拆卸的方式與每組中的兩導線連接。具體地，在插接模塊上表面設有兩螺栓座，螺栓同時穿過熔斷器端部連接孔及對應導線的連接端連接孔后與螺栓座連接，以將熔斷器與導線緊固連接在螺栓座上。為安全起見及保護外露部位(連接部位、熔斷器和導線)，在插接模塊11上表面設有可拆卸的密封蓋12，密封蓋12將熔斷器和導線及連接部位密封遮蓋。本實用新型每個電池單元外部設計有獨立的熔斷器維修窗口，達到快速維修更換熔斷器目的，較傳統電池包維護大大降低成本、提高效率。
[0038]在電池盒I兩端設置有絕緣阻燃提手繩13，以方便通過提手繩人工移動電池單元。所述電池盒2為高強度絕緣阻燃材質，具體為聚雙環戊二烯。本實用新型提手繩在不影響重量的情況下，可滿足人工手動高效拔插換電池及移動電池；同時高強度絕緣阻燃外殼材質可滿足機器人自動換電；人工手動換電無地域、路況等環境及設施限制，提高客戶駕乘用車體驗，利于電動汽車救援維護及推廣。
[0039]本電池單元采用模塊化設計，模塊尺寸規格利于乘用車輛電池布置，且有獨立防護外殼，無需特殊電池包結構設計，在整車布置中可充分利用車輛不規則空間，較普通電池單體在整車布置設計中的特點有:①無需特殊整體式電池包設計，降低整車成本;②充分利用整車空間，合理高效布置電池;③無需較傳統模式在地板托大電池包，整車結構強度要求高，本設計思想利于產品輕量化設計;④便于設計分體式電池箱與整車一體化成型，增強車輛結構，提高電池使用安全。
[0040]本實用新型是一種可充電、可換電的動力電池結構，可基于電池快換能源站自動，或救援服務手動快速更換動力電池單元對車輛補給電能，解決了動力電池充電時間長，換電不便捷，以及換電成本高等問題，整個換電過程只需要2-3分鐘，大大節省了使用者的等候時間，更利于電動汽車的推廣使用。消費者在電池虧電后只需要更換電池即可，通常情況下不需要充電(除非離能源服務站比較遠)，充電由專門提供換電服務的能源服務站完成。由于是專業的服務站，在設備、技術上更容易保證充電的最佳狀態，因此可以提高電池的使用壽命和續航能力。
[0041]本實用新型的上述實施例僅僅是為說明本實用新型所作的舉例，而并非是對本實用新型的實施方式的限定。對于所屬領域的普通技術人員來說，在上述說明的基礎上還可以做出其他不同形式的變化和變動。這里無法對所有的實施方式予以窮舉。凡是屬于本實用新型的技術方案所引申出的顯而易見的變化或變動仍處于本實用新型的保護范圍之列。
【主權項】
1.一種電動汽車模塊化快換動力電池單元，其主體為若干相同的電芯;所有電芯電連接后封裝在電池盒內；其特征在于:所述電芯為矩形塊狀，每塊電芯相對的兩邊中部向外延伸突起形成該電芯的正極極耳和負極極耳;所有電芯平行設置且正極極耳和負極極耳位于橫向方向上，電芯的兩端通過正極極耳和負極極耳固定在兩豎向的支撐板上，支撐板與電芯相互垂直;所有電芯串聯在一起并與支撐板一起形成電池模組；電池模組置于矩形電池盒內，在電池盒與電池模組之間的間隙中填充有導熱材料；電池模組正極和電池模組負極共同從電池盒其中一個面引出并設置為正極插接頭和負極插接頭。2.根據權利要求1所述的電動汽車模塊化快換動力電池單元，其特征在于:在每塊電芯上設有用于采集該電芯電壓大小的電壓傳感器、采集該電芯電流大小的電流傳感器和采集該電芯溫度的溫度傳感器，所有電芯的電壓傳感器、電流傳感器和溫度傳感器分別通過信號線接入同一套電池管理系統；所述電池管理系統通過藍牙連接方式與車載藍牙模塊連接，車載藍牙模塊的輸出接車載控制器和車聯網模塊，車聯網模塊通過無線傳輸方式與車輛運營監控后臺連接。3.根據權利要求2所述的電動汽車模塊化快換動力電池單元，其特征在于:所述電池管理系統作為電池模組的一部分水平放置在并排設置的電芯共同構成的上表面上，并封裝于電池盒內；或者固定于電池盒外表面上。4.根據權利要求1所述的電動汽車模塊化快換動力電池單元，其特征在于:在電池盒上設有診斷接口，所有電芯的電壓傳感器、電流傳感器和溫度傳感器分別通過信號線與診斷接口連接;診斷接口可與匹配的檢測模塊插接以通過診斷接口讀取每個電芯的電壓、電流和溫度信息。5.根據權利要求1所述的電動汽車模塊化快換動力電池單元，其特征在于:在電池盒兩端設置有絕緣阻燃提手繩，以方便通過提手繩人工移動電池單元； 所述電池盒為高強度絕緣阻燃材質，該材質為聚雙環戊二烯。6.根據權利要求4所述的電動汽車模塊化快換動力電池單元，其特征在于:電池模組正極和電池模組負極分別通過熔斷器與正極插接頭和負極插接頭對應連接。7.根據權利要求6所述的電動汽車模塊化快換動力電池單元，其特征在于:在電池盒的一塊側壁上安裝有可拆卸的插接模塊，所述正極插接頭和負極插接頭位于插接模塊下表面并朝向正下方;所述診斷接口位于插接模塊上表面一端;在插接模塊內設有兩組導線，每組為兩根，每組中的兩根導線通過所述熔斷器連接為整根導線，由此形成兩整根導線，其中一整根導線分別連接正極插接頭和電池模組正極，另一整根導線接負極插接頭和電池模組負極。8.根據權利要求1所述的電動汽車模塊化快換動力電池單元，其特征在于:電芯串聯時，任意一塊電芯的正極極耳和相鄰的另一塊電芯的負極極耳直接通過激光焊接連接。
【文檔編號】H01M10/653GK205645963SQ201620322494
【公開日】2016年10月12日
【申請日】2016年4月18日
【發明人】曾小華, 劉迎春, 唐軍, 梁雄林, 黃靜婷
【申請人】重慶無線綠洲通信技術有限公司