CN112768825B - 一种高安全性锂电池 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种高安全性锂电池，包括由外壳前盖和外壳后盖、拼合而成的蓄电池外壳，蓄电池外壳中安装有电池模组和电池管理***，蓄电池外壳中嵌套固定有内壳，内壳包括内壳前盖和内壳后盖，电池模组由若干个规格、结构相同的电池模块串联组成，各电池模块并排固定在内壳中，电池管理***粘贴在内壳后盖的顶部外侧；电池模块分别包括锂离子电芯、PCB组装板和阻燃环氧板；锂离子电芯按正负电极串联次序并列摆放；锂离子电芯的正负电极向上穿过PCB组装板上对应的极耳孔并折弯焊接在敷铜焊盘上，电池模块的其它五面分别粘贴有阻燃环氧板。该锂离子电池可以解决产品一致性差，单体能量低，串并联结构复杂以及受到外力撞击后易爆燃的问题。
Description
技术领域
本发明涉及一种锂离子电池，尤其涉及一种高安全性锂电池，属于锂电池技术领域。
背景技术
锂电池具有重量体积比能量高、高倍率充放电、长寿命和环保免维护等优势，特别是动力锂电池产业化发展推动价格的快速下降，使得锂电池电动叉车刚刚开始发展，就已经势不可挡。电动叉车使用锂电池是行业发展的必然趋势。
考虑整车结构配套和颜色效果，电动叉车设计对电池的摆放空间尺寸基本固定，电池厂家只要完成蓄电池外壳内部的设计开发。传统的载重1500kg电动叉车用锂离子电池存在如下安全隐患：1、电池模块一般采用方形铝壳锂电池或三元圆柱锂电池，方形铝壳锂电池能量密度低，一致性差，而三元圆柱锂电池，单体能量低，串并联结构复杂，电池管理***BMS要求高，电芯内部积累的热量难以释放，摆放结构受制约；2、传统锂离子电池功能安全采用BMS单重保护模式，软件保护失效，电池模组裸奔工作，安全系数低；3、采用单层蓄电池外壳结构，电池和电气件不能有效隔离，电池模块受外力撞击易爆燃，同时电池模块受振动颠簸容易脱落。
发明内容
本发明的目的在于，提供一种高安全性锂电池，可以解决产品充电座多次插拔易松动、一致性差、单体能量低、串并联结构复杂以及受到外力撞击后易爆燃的问题。
本发明的高安全性锂电池包括由外壳前盖和外壳后盖拼合而成的蓄电池外壳，所述蓄电池外壳中安装有电池模组和电池管理***，还包括充电座、放电口和保险丝座，所述充电座固定在所述蓄电池外壳的上部，所述放电口固定在所述蓄电池外壳的下部，保险丝座固定在所述外壳后盖宽度方向的中部，保险丝固定在保险丝座内；所述蓄电池外壳中嵌套固定有内壳，所述内壳包括内壳前盖和内壳后盖，所述电池模组由若干个规格、结构相同的电池模块串联组成；
所述充电座包括承插端和与蓄电池相连的连接端，所述连接端呈圆柱状，所述承插端的外周设有方形的充电座法兰，所述充电座法兰的四个角部分别设有充电座固定孔，蓄电池外壳上设有方形沉槽，所述方形沉槽的底板中心设有沉槽通孔，所述方形沉槽底板的四个角部分别设有外壳固定孔；所述充电座法兰嵌于所述方形沉槽中，所述方形沉槽底板的背面设有方形的衬板基座，所述衬板基座的中心设有圆形的衬板通孔，所述衬板通孔与所述沉槽通孔相对应，所述充电座的连接端从所述沉槽通孔及衬板通孔中穿过；所述衬板基座的四个角部分别设有衬板铆接孔，各衬板铆接孔与所述充电座固定孔及外壳固定孔一一对应且分别对齐，各衬板铆接孔中分别压接有压铆螺母，各充电座固定螺栓分别穿过所述充电座固定孔及外壳固定孔与所述压铆螺母相旋接。
进一步的，所述电池模块并排固定在所述内壳中，所述电池管理***粘贴在所述内壳后盖的顶部外侧；所述内壳后盖的侧壁外侧固定有继电器，所述继电器与所述电池管理***相串联。
进一步的，所述电池模块分别包括锂离子电芯、PCB组装板和阻燃环氧板；所述锂离子电芯按正负电极串联次序并列摆放；所述锂离子电芯的正负电极向上穿过所述PCB组装板上对应的极耳孔并折弯焊接在敷铜焊盘上，所述电池模块的其它五面分别粘贴有所述阻燃环氧板。
进一步的，所述压铆螺母包括插接于所述衬板铆接孔中的铆接端和压在衬板基座背面的头端，所述头端的直径大于铆接端的直径，所述头端与铆接端相连的台阶根部均匀分布有压铆花形齿，所述压铆花形齿嵌于所述衬板铆接孔中；各压铆花形齿呈锥形，且越靠近铆接端的齿宽越小。
进一步的，所述充电座的连接端根部套装有密封圈，所述密封圈被所述充电座法兰压紧在所述方形沉槽的底板上；所述充电座的承插端外端口覆盖有密封盖，所述密封盖通过软连接部与所述密封圈相连，所述方形沉槽一侧侧壁的中部设有供所述软连接部穿过的避让槽。
进一步的，所述衬板基座的一侧边沿设有定位凹槽，所述定位凹槽位于衬板基座的长边中心，所述定位凹槽与所述方形沉槽一侧边沿的定位凸起相嵌合。
进一步的，在所述内壳后盖与外壳后盖之间的中心位置以及内壳前盖与外壳前盖之间的中心位置分别设有缓冲垫。
进一步的，所述内壳和蓄电池外壳之间以及内壳与电池模块之间通过带加强筋的限位槽和榫卯结构固定。
进一步的，所述内壳后盖与内壳前盖之间，以及外壳后盖与外壳前盖之间通过自攻螺丝固定。
进一步的，所述蓄电池外壳的上部设有镂空部，所述镂空部的上方为提手，所述提手的顶部设有锁扣；所述充电座固定在所述提手的肩部。
本发明的有益效果是：
1、电池壳采用内壳、蓄电池外壳双层结构，形成独立的电池室和电气室，有效隔离了电池与电气件，电池模块不会因为振动颠簸而脱落，也不会因为受到外力撞击而燃爆，提高了锂离子电池的安全性。
2、充电座采用衬板基座固定，充电座固定螺栓直接旋入压铆螺母即可完成固定，十分快捷方便；压铆螺母解决了传统充电座在频繁大力矩插拔充电和受路况振动和颠簸的影响下易松动、紧固性差、不易安装固定的问题。压铆螺母与衬板基座之间相互钳制制约，稳固性强，减震效果好，不易松脱，且不受结构空间限制，安装固定方便，生产效率高。
3、衬板基座上的定位凹槽与蓄电池外壳上的定位凸起相嵌合，起到定位作用。
4、各压铆花形齿呈锥形，压紧阻力小，且越往下与衬板基座的结合越紧密。
5、充电座的连接端根部套装有密封圈，既可以起到密封作用，又可以起到缓冲减震作用，使充电座与蓄电池外壳结合的更可靠。密封盖和密封圈一体成型，可降低制造成本，且密封盖不会掉落，密封盖覆盖住充电座外端的插电口，起到防尘和防水作用。
6、通过正负电极折弯焊接在PCB组装板的敷铜焊盘上，实现锂离子电芯直接的串联或并联，十分方便快捷，其它五面分别粘贴有阻燃环氧板，可以进一步提高电池模组的安全性。
7、功能安全采用电池管理***与继电器双重保护模式，即使电池管理***的软件过压、过流、过温保护失效，继电器能即时提供二次保护。
8、在充电过程中，电流由充电座的正极依次经过继电器、保险丝、电池模组的正极、电池模组负极、电池管理***流至充电座负极，完成锂电池的充电；在放电过程中，电流从电池模组的正极经过保险丝、继电器、放电口正极、负载、放电口负极、电池管理***流至电池模组负极，完成锂电池的放电。
9、结构简单，单位体积的能量密度高，易于散热，摆放结构无制约，且组装快捷方便。
附图说明
图1为本发明高安全性锂电池实施例一的主视图；
图2为本发明高安全性锂电池实施例二的立体图；
图3为本发明高安全性锂电池实施例三的立体图；
图4为图1的立体***图；
图5为图4中电池模块的***图；
图6是本发明中充电座的***图一；
图7是本发明中充电座的***图二；
图8是充电座中衬板基座的立体图；
图9为图8中压铆螺母的立体图；
图10为本发明中内壳后盖的立体图。
图中：1.电池管理***；2.内壳后盖；2a.限位槽一；2b.限位槽二；2c.电线定位片；2c1.定位通孔；3.外壳后盖；4.保险丝；5.橡胶塞；6.继电器；7.保险丝座；8.锂离子电芯；9.PCB组装板；10.内壳前盖；11.放电口；12.外壳前盖；13.充电座；13a.承插端；13b.连接端；13c.充电座法兰；13d.充电座固定孔；14.电池模块；15.阻燃环氧板；16.锁扣；17.衬板基座；17a.衬板通孔，17b.定位凹槽；18.压铆螺母；18a.铆接端；18b.头端；18c.压铆花形齿；19.方形沉槽；19a.沉槽通孔；19b.外壳固定孔；19c.避让槽；20密封圈；21密封盖；22.软连接部。
具体实施方式
现在结合附图对本发明作进一步详细的说明。这些附图均为简化的示意图，仅以示意方式说明本发明的基本结构，因此其仅显示与本发明有关的构成。
如图1-图5所示本发明的高安全性锂电池包括由外壳前盖12和外壳后盖3拼合而成的蓄电池外壳，蓄电池外壳中安装有电池模组和电池管理***1，还包括充电座13、放电口11和保险丝座7，充电座13固定在蓄电池外壳的上部，放电口11固定在蓄电池外壳的下部，保险丝座7固定在外壳后盖3宽度方向的中部，保险丝4固定在保险丝座7内；保险丝座7的外端口设有橡胶塞5；保险丝4与电池模块串联连接，蓄电池外壳中嵌套固定有内壳，内壳包括内壳前盖10和内壳后盖2，电池模组由两个规格、结构相同的电池模块14串联组成；电池模块14分别包括锂离子电芯8、PCB组装板9和阻燃环氧板15；锂离子电芯8按正负电极串联次序并列摆放；锂离子电芯8的正负电极向上穿过PCB组装板9上对应的极耳孔并折弯焊接在敷铜焊盘上，电池模块14的其它五面分别粘贴有阻燃环氧板15。电池模块14并排固定在内壳中，电池管理***1粘贴在内壳后盖2的顶部外侧；内壳后盖2的侧壁外侧固定有继电器6，继电器6与电池管理***1相串联。
在内壳后盖2与外壳后盖3之间的中心位置以及内壳前盖10与外壳前盖12之间的中心位置分别设有缓冲垫，缓冲垫的尺寸为150×25×8mm。
内壳和蓄电池外壳之间以及内壳与电池模块14之间通过带加强筋的限位槽和榫卯结构固定。
如图10所示，限位槽设有两个，限位槽一2a设置在内壳后盖的下部，限位槽二2b设置在内壳后盖上部，使两个电池模块高低错落布置，限位槽一2a的上方固定有电池继电器和线束，限位槽二2b的下方用于安置固定放电座，放电座中设有放电口11；内壳后盖上设有若干个电线定位片2c，电线定位片2c上开有供绝缘胶布穿过的定位通孔2c1。提手顶部的锁扣16与叉车上的固定扣相匹配，便于运输。
内壳后盖2与内壳前盖10之间，以及外壳后盖3与外壳前盖12之间通过自攻螺丝固定。蓄电池外壳的上部设有镂空部，镂空部的上方为提手，提手的顶部设有锁扣16；充电座13固定在提手的肩部。
如图6-图9所示，充电座13包括承插端13a和与蓄电池相连的连接端13b，连接端13b呈圆柱状，承插端13a的外周设有方形的充电座法兰13c，充电座法兰13c的四个角部分别设有充电座固定孔13d，蓄电池外壳上设有方形沉槽19，方形沉槽19的底板中心设有沉槽通孔19a，方形沉槽19底板的四个角部分别设有外壳固定孔19b；充电座法兰13c嵌于方形沉槽19中，方形沉槽19底板的背面设有方形的衬板基座17，衬板基座17的中心设有圆形的衬板通孔17a，衬板通孔17a与沉槽通孔19a相对应，充电座13的连接端13b从沉槽通孔19a及衬板通孔17a中穿过；衬板基座17的四个角部分别设有衬板铆接孔，各衬板铆接孔与充电座固定孔13d及外壳固定孔19b一一对应且分别对齐，各衬板铆接孔中分别压接有压铆螺母18，各充电座13固定螺栓分别穿过充电座固定孔13d及外壳固定孔19b与压铆螺母18相旋接。
压铆螺母18包括插接于衬板铆接孔中的铆接端18a和压在衬板基座17背面的头端18b，头端18b的直径大于铆接端18a的直径，头端18b与铆接端18a相连的台阶根部均匀分布有压铆花形齿18c，压铆花形齿18c嵌于衬板铆接孔中；各压铆花形齿18c呈锥形，且越靠近铆接端18a的齿宽越小。充电座13的连接端13b根部套装有密封圈20，密封圈20被充电座法兰13c压紧在方形沉槽19的底板上；充电座13的承插端13a外端口覆盖有密封盖21，密封盖21通过软连接部22与密封圈20相连，方形沉槽19一侧侧壁的中部设有供软连接部22穿过的避让槽19c。衬板基座17的一侧边沿设有定位凹槽17b，定位凹槽17b位于衬板基座17的长边中心，定位凹槽17b与方形沉槽19一侧边沿的定位凸起相嵌合。
电池壳采用内壳、蓄电池外壳双层结构，形成独立的电池室和电气室，有效隔离了电池与电气件，电池模块14不会因为振动颠簸而脱落，也不会因为受到外力撞击而燃爆，提高了锂离子电池的安全性。
充电座13采用衬板基座17固定，充电座13固定螺栓直接旋入压铆螺母18即可完成固定，十分快捷方便；压铆螺母18解决了传统充电座13在频繁大力矩插拔充电和受路况振动和颠簸的影响下易松动、紧固性差、不易安装固定的问题。压铆螺母18与衬板基座17之间相互钳制制约，稳固性强，减震效果好，不易松脱，且不受结构空间限制，安装固定方便，生产效率高。
如图9所示，衬板基座17上的定位凹槽17b与蓄电池外壳上的定位凸起相嵌合，起到定位作用；各压铆花形齿18c呈锥形，压紧阻力小，且越往下与衬板基座17的结合越紧密。
充电座13的连接端13b根部套装有密封圈20，既可以起到密封作用，又可以起到缓冲减震作用，使充电座13与蓄电池外壳结合的更可靠。密封盖21和密封圈20一体成型，可降低制造成本，且密封盖21不会掉落，密封盖21覆盖住充电座13外端的插电口，起到防尘和防水作用。
通过正负电极折弯焊接在PCB组装板9的敷铜焊盘上，实现锂离子电芯8直接的串联或并联，十分方便快捷，其它五面分别粘贴有阻燃环氧板15，可以进一步提高电池模组的安全性。
功能安全采用电池管理***1与继电器6双重保护模式，即使电池管理***1的软件过压、过流、过温保护失效，继电器6能即时提供二次保护。
在充电过程中，电流由充电座13的正极依次经过继电器6、保险丝4、电池模组的正极、电池模组负极、电池管理***1流至充电座13负极，完成锂电池的充电；在放电过程中，电流从电池模组的正极经过保险丝4、继电器6、放电口11正极、负载、放电口11负极、电池管理***1流至电池模组负极，完成锂电池的放电。结构简单，单位体积的能量密度高，易于散热，摆放结构无制约，且组装快捷方便。
以上述依据本发明的理想实施例为启示，通过上述的说明内容，相关工作人员完全可以在不偏离本项发明技术思想的范围内，进行多样的变更以及修改。本项发明的技术性范围并不局限于说明书上的内容，必须要根据权利要求范围来确定其技术性范围。
Claims (9)
1.一种高安全性锂电池，包括由外壳前盖和外壳后盖拼合而成的蓄电池外壳，所述蓄电池外壳中安装有电池模组和电池管理***，其特征在于：还包括充电座、放电口和保险丝座，所述充电座固定在所述蓄电池外壳的上部，所述放电口固定在所述蓄电池外壳的下部，保险丝座固定在所述外壳后盖宽度方向的中部，保险丝固定在保险丝座内；所述蓄电池外壳中嵌套固定有内壳，所述内壳包括内壳前盖和内壳后盖，所述电池模组由若干个规格、结构相同的电池模块串联组成；
所述充电座包括承插端和与蓄电池相连的连接端，所述连接端呈圆柱状，所述承插端的外周设有方形的充电座法兰，所述充电座法兰的四个角部分别设有充电座固定孔，蓄电池外壳上设有方形沉槽，所述方形沉槽的底板中心设有沉槽通孔，所述方形沉槽底板的四个角部分别设有外壳固定孔；所述充电座法兰嵌于所述方形沉槽中，所述方形沉槽底板的背面设有方形的衬板基座，所述衬板基座的中心设有圆形的衬板通孔，所述衬板通孔与所述沉槽通孔相对应，所述充电座的连接端从所述沉槽通孔及衬板通孔中穿过；所述衬板基座的四个角部分别设有衬板铆接孔，各衬板铆接孔与所述充电座固定孔及外壳固定孔一一对应且分别对齐，各衬板铆接孔中分别压接有压铆螺母，各充电座固定螺栓分别穿过所述充电座固定孔及外壳固定孔与所述压铆螺母相旋接；
所述压铆螺母包括插接于所述衬板铆接孔中的铆接端和压在衬板基座背面的头端，所述头端的直径大于铆接端的直径，所述头端与铆接端相连的台阶根部均匀分布有压铆花形齿，所述压铆花形齿嵌于所述衬板铆接孔中；各压铆花形齿呈锥形，且越靠近铆接端的齿宽越小。
2.根据权利要求1所述的高安全性锂电池，其特征在于：所述电池模块并排固定在所述内壳中，所述电池管理***粘贴在所述内壳后盖的顶部外侧；所述内壳后盖的侧壁外侧固定有继电器，所述继电器与所述电池管理***相串联。
3.根据权利要求1所述的高安全性锂电池，其特征在于：所述电池模块分别包括锂离子电芯、PCB组装板和阻燃环氧板；所述锂离子电芯按正负电极串联次序并列摆放；所述锂离子电芯的正负电极向上穿过所述PCB组装板上对应的极耳孔并折弯焊接在敷铜焊盘上，所述电池模块的其它五面分别粘贴有所述阻燃环氧板。
4.根据权利要求1所述的高安全性锂电池，其特征在于：所述充电座的连接端根部套装有密封圈，所述密封圈被所述充电座法兰压紧在所述方形沉槽的底板上；所述充电座的承插端外端口覆盖有密封盖，所述密封盖通过软连接部与所述密封圈相连，所述方形沉槽一侧侧壁的中部设有供所述软连接部穿过的避让槽。
5.根据权利要求1所述的高安全性锂电池，其特征在于：所述衬板基座的一侧边沿设有定位凹槽，所述定位凹槽位于衬板基座的长边中心，所述定位凹槽与所述方形沉槽一侧边沿的定位凸起相嵌合。
6.根据权利要求1所述的高安全性锂电池，其特征在于：在所述内壳后盖与外壳后盖之间的中心位置以及内壳前盖与外壳前盖之间的中心位置分别设有缓冲垫。
7.根据权利要求1至6中任一项所述的高安全性锂电池，其特征在于：所述内壳和蓄电池外壳之间以及内壳与电池模块之间通过带加强筋的限位槽和榫卯结构固定。
8.根据权利要求1至6中任一项所述的高安全性锂电池，其特征在于：所述内壳后盖与内壳前盖之间，以及外壳后盖与外壳前盖之间通过自攻螺丝固定。
9.根据权利要求1所述的高安全性锂电池，其特征在于：所述蓄电池外壳的上部设有镂空部，所述镂空部的上方为提手，所述提手的顶部设有锁扣；所述充电座固定在所述提手的肩部。
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