CN111384314A - 电池箱 - Google Patents

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Abstract

本发明提供了一种电池箱，其包括箱体、多个电池、绝缘膜以及结构胶。绝缘膜包覆电池的壳体外部，且绝缘膜设置有开口以使壳体的对应部分露出于绝缘膜。结构胶设置于电池与箱体之间。开口的面积为A1、与开口对应的壳体表面的总面积为A，结构胶的厚度为L1、体积电阻率为ρ1，绝缘膜的厚度为L2、体积电阻率为ρ2，且A1、A、L1、ρ1、L2以及ρ2之间满足：
Figure DDA0001928788560000011
由于绝缘膜设置有开口，且结构胶的一部分在开口处将电池的壳体粘接于箱体、一部分在开口外侧将绝缘膜粘接于箱体，由此保证了电池与箱体之间的粘接强度。同时，由于绝缘膜的开口面积A1与A、L1、ρ1、L2以及ρ2之间满足上述关系，从而使得绝缘膜在电池上的包覆面积满足绝缘强度需求，由此有效地保证了电池箱的安全性能。

Description

电池箱
技术领域
本发明涉及电池技术领域，尤其涉及一种电池箱。
背景技术
目前，在许多电池箱内部采用胶粘的方式将电池底部直接固定在下箱体上。由于下箱体与电池的壳体通常采用金属(如铝)制成，为了对电池的壳体进行绝缘处理，一般在壳体四周包裹绝缘膜。
由于绝缘膜通常采用PET、PC等高分子材料制成且这些高分子材料的表面能比较低，当采用结构胶直接粘接下箱体与电池壳体外部的绝缘膜时，则粘接效果不好。由于结构胶粘接铝板的效果要优于绝缘膜，因而为了提高粘接效果，通常会在电池的底部将绝缘膜完全去掉，由此通过结构胶将电池的整个壳体底部粘接于下箱体。这种设置方式，虽然保证了电池箱的粘接强度，但是电池箱在长期使用过程中，经常会出现由于电池的绝缘强度不足而导致的安全问题。
发明内容
鉴于背景技术中存在的问题，本发明的目的在于提供一种电池箱，其在保证电池箱的粘接强度的同时，提高了电池箱的绝缘强度，进而有效地保证了电池箱的安全性能。
为了实现上述目的，本发明提供了一种电池箱，其包括箱体、多个电池、绝缘膜以及结构胶。多个电池沿纵向排列并收容于箱体，各电池具有壳体。绝缘膜包覆并固定在各电池的壳体外部，且绝缘膜设置有开口以使壳体的对应部分露出于绝缘膜。结构胶设置于电池与箱体之间，用于将各电池固定于箱体。其中，开口的面积为A1、与开口对应的壳体表面的总面积为A，结构胶的厚度为L1、体积电阻率为ρ1，绝缘膜的厚度为L2、体积电阻率为ρ2，且A1、A、L1、ρ1、L2以及ρ2之间满足如下关系：
Figure BDA0001928788540000021
在一实施例中，
Figure BDA0001928788540000022
在一实施例中，A1与A之间满足：A1/A＞50％。
在一实施例中，A1/A≤70％。
在一实施例中，绝缘膜由聚丙烯、聚碳酸酯或涤纶树脂制成，绝缘膜的体积电阻率0.1×1014Ω·cm≤ρ2≤2×1014Ω·cm。
在一实施例中，0＜L1≤2mm。
在一实施例中，0＜L2≤0.15mm。
在一实施例中，结构胶的材质为单组分聚氨酯或双组分聚氨酯。
在一实施例中，结构胶的材质为单组分环氧树脂或双组分环氧树脂。
在一实施例中，各电池的壳体具有底面，开口沿上下方向位于壳体底面下方并使壳体的部分底面露出于绝缘膜。
在一实施例中，各电池的壳体具有侧面，开口沿横向位于壳体侧面外侧并使壳体的部分侧面露出于绝缘膜。
本发明的有益效果如下：
由于绝缘膜设置有开口，且结构胶的一部分在开口处将电池的壳体粘接于箱体、一部分在开口外侧将绝缘膜粘接于箱体，由此保证了电池与箱体之间的粘接强度。同时，由于绝缘膜的开口面积A1与A、L1、ρ1、L2以及ρ2之间满足上述关系，从而使得绝缘膜在电池上的包覆面积满足绝缘强度需求(即电池箱内部不会出现绝缘失效)，由此有效地保证了电池箱的安全性能。
附图说明
图1是本发明的电池箱的结构示意图。
图2是图1中的绝缘膜的开口与电池的位置示意图。
图3是图2的变形例。
其中，附图标记说明如下：
1箱体 4结构胶
2电池 X横向
21壳体 Y纵向
3绝缘膜 Z上下方向
31开口
具体实施方式
为了使本申请的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本申请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申请，并不用于限定本申请。
在本申请的描述中，除非另有明确的规定和限定，术语“多个”是指两个或两个以上；对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本申请中的具体含义。
本说明书的描述中，需要理解的是，本申请实施例所描述的“上”、“下”等方位词是以附图所示的角度来进行描述的，不应理解为对本申请实施例的限定。下面结合附图对本申请做进一步的详细描述。
参照图1，根据本申请的电池箱包括箱体1、多个电池2、绝缘膜3以及结构胶4。
多个电池2沿纵向Y排列并收容于箱体1中。各电池2具有壳体21，且壳体21在横向X上具有两个侧面，在纵向Y上具有两个大面以及在上下方向Z具有一个底面。壳体21可采用金属材料(如铝或钢)制成。
绝缘膜3的面向电池2的一侧设置有粘接胶，以使绝缘膜3包覆并粘接在电池2的壳体21外部。绝缘膜3设置有开口31，以使壳体2的对应部分露出于绝缘膜3。具体地，开口31可沿上下方向Z贯通设置在绝缘膜3包覆电池2的壳体21底面的部分上(即开口31位于壳体21底面下方)，以使壳体21的部分底面露出于绝缘膜3(如图2所示)。可选择地，开口31也可沿横向X贯通设置在绝缘膜3包覆电池2的壳体21侧面的部分上(即开口31位于壳体21侧面外侧)，以使壳体21的部分侧面露出于绝缘膜3(如图3所示)。
结构胶4设置于电池2与箱体1之间，用于将各电池2固定于箱体1。当所述多个电池2置于箱体1后，结构胶4一部分位于绝缘膜3与箱体1之间、一部分位于电池2的壳体21与箱体1之间(即结构胶4填充入开口31中)。当然，相邻两个电池2之间也可能会被挤入部分结构胶4。
在电池箱组装后，电池2的壳体21通过结构胶4粘接于箱体1，绝缘膜3也通过结构胶4粘接于箱体1，由此使得各电池2固定于箱体1中。
在本申请的电池箱中，绝缘膜3的开口31的面积为A1、与开口31对应的壳体21表面的总面积为A，结构胶4的厚度为L1、体积电阻率为ρ1，绝缘膜3的厚度为L2、体积电阻率为ρ2，且A1、A、L1、ρ1、L2以及ρ2之间满足如下关系：
Figure BDA0001928788540000041
由于绝缘膜3设置有开口31，且结构胶4的一部分在开口31处将电池2的壳体21粘接于箱体1、一部分在开口31外侧将绝缘膜3粘接于箱体1，由此保证了电池2与箱体1之间的粘接强度。同时，由于绝缘膜3的开口31面积A1与A、L1、ρ1、L2以及ρ2之间满足上述关系，从而使得绝缘膜3在电池2上的包覆面积满足绝缘强度需求(即电池箱内部不会出现绝缘失效)，由此有效地保证了电池箱的安全性能。
对于关系式(1)，令
Figure BDA0001928788540000042
即F≥10MΩ。需要说明的是，F的值越大，则电池箱的绝缘强度越大，为了满足更高的绝缘强度需求，可通过关系式(1)合理地设置A1、A、L1、ρ1、L2以及ρ2的大小，以增大F的值，进而达到进一步提高电池箱安全性能的目的，同时还能极大地降低设计成本、提高了生产效率。具体地，F≥150MΩ，即
Figure BDA0001928788540000043
由于电池2的壳体21通过结构胶4粘接于箱体1的粘接强度与结构胶4的量有关，而结构胶4的量与绝缘膜3上的开口31的面积A1有关，因而为了保证电池箱的粘接强度需求，优选地，A1与A之间需满足：A1/A＞50％。
同时，由于电池2自身的结构(即电池2底部的四个角位存在倒圆角)，当绝缘膜3上的开口31的面积A1过大时，则会增大相邻两个电池2底部的倒圆角之间的绝缘失效风险。因此，为了降低电池2的绝缘失效风险，优选地，A1与A之间需满足：A1/A≤70％。
由于聚丙烯(Polypropylene，简称为PP)、聚碳酸酯(Polycarbonate，简称为PC)以及涤纶树脂(Polyethylene terephthalate，简称为PET)等高分子材料的体积电阻率较大(近似为1014Ω·cm)，绝缘性能好，因而绝缘膜3可采用上述高分子材料中的一种制成，此时绝缘膜3的体积电阻率0.1×1014Ω·cm≤ρ2≤2×1014Ω·cm。
需要说明的是，结构胶4的厚度L1越大，其对电池箱的粘接强度越有利，但是当L1过大时，则在一定程度上会削弱电池箱的绝缘强度。因此，为了同时保证电池箱的粘接强度和绝缘强度，优选地，0＜L1≤2mm。
由于绝缘膜3包覆在电池2的壳体21外部，其厚度L2过大，则会增大电池2的装配尺寸，不利于提高电池箱的能量密度；其厚度L2过小，则不能保证电池箱的粘接强度。因此，优选地，0＜L2≤0.15mm。
为了保证结构胶4与电池2的壳体21以及绝缘膜3之间的粘接强度，在一实施例中，结构胶4的材质可为单组分聚氨酯或双组分聚氨酯。其中，聚氨酯在初始状态下的体积电阻率为1010Ω·cm，且在使用过程中，体积电阻率会随着时间的增加而上升(具体如下表S-1，单位为Ω·cm)，直至到达完全固化状态(此时体积电阻率为1012Ω·cm)。
表S-1
30min 1h 6h 1day 5day 7day
1 4.31361E+10 8.11E+11 1.37028E+12 2.11023E+12 7.3858E+12 1.91839E+12
2 4.54362E+10 5.07E+11 8.57464E+11 1.32049E+12 4.62173E+12 1.20045E+12
3 2.04057E+10 4.88E+11 8.24205E+11 1.26928E+12 4.44246E+12 1.15389E+12
4 7.670895E+10 8.90E+11 1.50425E+12 2.31655E+12 8.10791E+12 2.10595E+12
5 5.24595E+10 4.37E+11 7.3877E+11 1.13771E+12 3.98197E+12 1.03428E+12
对于由单组分聚氨酯制成的结构胶4，其可通过湿气固化或加热固化等方式实现粘接强度。对于双组分聚氨酯制成的结构胶4，其可通过化学键和分子间作用力实现粘接强度，且双组分聚氨酯的粘接原理具体说明如下。
双组份聚氨酯包括含有-NCO基团的组分(如分异氰酸酯或多异氰酸酯)以及含有-OH基团的多元醇组分，二者配合催化剂组成双组份聚氨酯。其中，双组分聚氨酯实现固化的方式如下：
OCN-R-NCO+HO-R′-OH→OCN-R-NH-COOR′-OH
双组分聚氨酯的分子间作用力是指：固化后的-NH-基团、-OH基团与基材(包括电池2的壳体21以及绝缘膜3)之间形成氢键以及分子间的范德华力。化学键是指：未固化到交联网络中的OCN—R—NCO与基材表面的微量水以及金属氧化物形成的共价键。并且，在实现结构胶4的粘接强度上，双组分聚氨酯的分子间作用力占主要作用、化学键占辅助作用。
此外，需要说明的是，在双组分聚氨酯配比时，需注意以下两点：(1)由于-NCO会在和水反应生产脲基时消耗掉一部分，因而-NCO的含量需高于-OH；(2)虽然-NCO的含量越高，形成金属间共价物越多，则结合强度越好，但是当-NCO的含量过高时，则可能导致胶体过于硬化而变脆，甚至出现不固化的状态。因而，在双组分聚氨酯配比时，-NCO与-OH之间的摩尔比需保持在一定的比例内。
为了保证结构胶4与电池2的壳体21以及绝缘膜3之间的粘接强度，在另一实施例中，结构胶4的材质可为单组分环氧树脂或双组分环氧树脂。其中，环氧树脂在初始状态下的体积电阻率为108Ω·cm，且在使用过程中，体积电阻率会随着时间的增加而上升(具体如下表S-2，单位为Ω·cm)，直至到达完全固化状态(此时体积电阻率为1013Ω·cm)。
表S-2
Figure BDA0001928788540000061
Figure BDA0001928788540000071
对于由单组分环氧树脂制成的结构胶4，其可通过湿气固化或加热固化等方式实现粘接强度。对于双组分环氧树脂制成的结构胶4，其可通过化学键和分子间作用力实现粘接强度，且双组分环氧树脂的粘接原理具体说明如下。
双组份环氧树脂包括含有环氧基团的组分以及含有OH基团、NH基团的组分，二者配合催化剂组成双组份环氧树脂。其中，双组分环氧树脂实现固化的方式如下：
双组份环氧树脂包括含有环氧基团的组分以及含有-OH基团、-NH2基团的组分，二者配合催化剂组成双组份环氧树脂。其中，双组分环氧树脂实现固化的方式如下：
Figure BDA0001928788540000072
双组分环氧树脂的分子间作用力是指：环氧基团、-OH基团、-NH2基团、-O-醚基团与基材之间形成氢键以及分子间的范德华力。化学键是指：含有-NH2基团的组分与基材表面的微量水以及金属氧化物形成的共价键、含有环氧基团的组分在开环过程中与基材表面的金属氧化物以及微量水形成的共价键。
需要说明的是，由于环氧树脂的分子在交联的过程中可以是加成反应，不会生成水且不会有挥发的产物，其整体固化收缩率低，本体强度高，可以实现大的粘接强度。
在本申请中，在一测试例中，采用四种结构胶4(编号为1、2、3、4，其中1-4号结构胶均采用环氧树脂制成，且1号为环氧树脂处于30min时的状态、2号为环氧树脂处于1h时的状态、3号为环氧树脂处于1day时的状态、4号为环氧树脂处于5day时的状态)分别与五种绝缘膜3的开口31大小组成20组测试组(L1＝0.5mm，L2＝0.11mm)，并采用公式(1)计算出了每组测试组对应的F值，具体测试结果如下表S-3。
表S-3
Figure BDA0001928788540000081
Figure BDA0001928788540000091
根据表S-3可知，对于由1号结构胶和2号结构胶组成的测试组，通过公式(1)计算出的F值均小于10MΩ，其绝缘测试均发生了失效；对于由3号结构胶和4号结构胶组成的测试组，通过公式(1)计算出的F值均大于10MΩ，其均通过了绝缘测试。
在本申请中，在另一测试例中，采用四种结构胶4(编号为5、6、7、8，其中5-8号结构胶均采用聚氨酯制成，且5号为聚氨酯处于30min时的状态、6号为聚氨酯处于1h时的状态、7号为聚氨酯处于1day时的状态、8号为聚氨酯处于5day时的状态)分别与五种绝缘膜3的开口31大小组成20组测试组(L1＝0.5mm，L2＝0.11mm)，并采用公式(1)计算出了每组测试组对应的F值，具体测试结果如下表S-4。
S-4
Figure BDA0001928788540000092
Figure BDA0001928788540000101
根据表S-4可知，对于由5号结构胶和6号结构胶组成的测试组，通过公式(1)计算出的F值均小于10MΩ，其绝缘测试均发生了失效；对于由7号结构胶和8号结构胶组成的测试组，通过公式(1)计算出的F值均大于10MΩ，其均通过了绝缘测试。
因此，由上述测试例可知，在电池箱的后续结构设计中，可直接通过关系式(1)获得电池箱的绝缘强度，从而无需采用绝缘耐压测试仪进行测量，从而可极大地减少成本，提高生产效率。

Claims (11)

1.一种电池箱，包括：
箱体(1)；
多个电池(2)，沿纵向(Y)排列并收容于箱体(1)，各电池(2)具有壳体(21)；
绝缘膜(3)，包覆并固定在各电池(2)的壳体(21)外部，且绝缘膜(3)设置有开口(31)以使壳体(2)的对应部分露出于绝缘膜(3)；以及
结构胶(4)，设置于电池(2)与箱体(1)之间，用于将各电池(2)固定于箱体(1)；
其中，开口(31)的面积为A1、与开口(31)对应的壳体(21)表面的总面积为A，结构胶(4)的厚度为L1、体积电阻率为ρ1，绝缘膜(3)的厚度为L2、体积电阻率为ρ2，且A1、A、L1、ρ1、L2以及ρ2之间满足如下关系：
Figure FDA0001928788530000011
2.根据权利要求1所述的电池箱，其特征在于，
Figure FDA0001928788530000012
3.根据权利要求1所述的电池箱，其特征在于，A1与A之间满足：A1/A＞50％。
4.根据权利要求1所述的电池箱，其特征在于，A1/A≤70％。
5.根据权利要求1所述的电池箱，其特征在于，
绝缘膜(3)由聚丙烯、聚碳酸酯或涤纶树脂制成；
绝缘膜(3)的体积电阻率0.1×1014Ω·cm≤ρ2≤2×1014Ω·cm。
6.根据权利要求1所述的电池箱，其特征在于，0＜L1≤2mm。
7.根据权利要求1所述的电池箱，其特征在于，0＜L2≤0.15mm。
8.根据权利要求1所述的电池箱，其特征在于，结构胶(4)的材质为单组分聚氨酯或双组分聚氨酯。
9.根据权利要求1所述的电池箱，其特征在于，结构胶(4)的材质为单组分环氧树脂或双组分环氧树脂。
10.根据权利要求1所述的电池箱，其特征在于，
各电池(2)的壳体(21)具有底面；
开口(31)沿上下方向(Z)位于壳体(21)底面下方并使壳体(21)的部分底面露出于绝缘膜(3)。
11.根据权利要求1所述的电池箱，其特征在于，
各电池(2)的壳体(21)具有侧面；
开口(31)沿横向(X)位于壳体(21)侧面外侧并使壳体(21)的部分侧面露出于绝缘膜(3)。
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