一種結(jié)構(gòu)簡易且防水的新型鋰電池

張峰

（山東精工電源科技有限公司，山東 棗莊 277000）

一、總體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

目前鋰電池作為新能源的一種載體已經(jīng)廣泛應(yīng)用到各個(gè)行業(yè)以及設(shè)備當(dāng)中，鋰電池可以為各種設(shè)備提供電能，例如電動汽車，電動叉車，AGV 行業(yè)，各種各樣的玩具賽車以及掃地機(jī)器人，家庭儲能，光伏發(fā)電等等，鋰電池的用途非常廣泛，但是鋰電池的應(yīng)用環(huán)境有時(shí)候也是經(jīng)?？紤]的問題，例如，鋰電池組會用經(jīng)常用在室外的環(huán)境，室外的環(huán)境有可能比較潮濕，也有可能接觸到雨水，所以說鋰電池組的設(shè)計(jì)問題就會比較復(fù)雜，所以電池組在設(shè)計(jì)階段就應(yīng)該考慮到相應(yīng)的防水等級，來保證整體電池組的安全性，下面介紹一種結(jié)構(gòu)簡易且防水的新型鋰電池，如圖1-1 所示的為電池組的整體效果圖，這種新能源電池有很多優(yōu)點(diǎn)，首先這種電池設(shè)計(jì)時(shí)考慮到整體電池組在整體裝配上要求結(jié)構(gòu)簡單，這種結(jié)構(gòu)適用于批量化生產(chǎn)，節(jié)省材料與工時(shí)，員工操作起來簡便，另外操作過程中減少很多風(fēng)險(xiǎn)點(diǎn)，另外這種電池的防水等級比較高，可以到達(dá)IP66 防水等級，適用于室外的多種環(huán)境，例如比較潮濕環(huán)境或者車載電池組在一定的雨天環(huán)境也可以正常運(yùn)轉(zhuǎn)工作，從而保證整體電池組的安全性能。下面具體介紹一下該電池組。

圖1-1

二、電池組各部分結(jié)構(gòu)

如圖1-2 所示，鋰電池組主要包括:1.金屬殼結(jié)構(gòu)2.電池組結(jié)構(gòu)3.保護(hù)板系統(tǒng)以及采集PCB 復(fù)合板4.填充材料以及防護(hù)材料5.出線防護(hù)接插件6 所使用的線材、銅排、以及銅鼻子、螺栓等連接件和固定件結(jié)構(gòu)。

圖1-2

首先，鋰電池組采用的殼體為金屬殼的防水結(jié)構(gòu)，防水等級可以達(dá)到IP66，作為整個(gè)電池組的載體，必須保證此金屬殼的防水等級以及強(qiáng)度，電池組用于室外的車體上，這種防水等級完全可以達(dá)到使用要求。電池殼上下蓋以前端保護(hù)板安裝孔的位置，螺栓孔全部采用的是螺紋盲孔，保證了防水等級的要求。上下蓋之間以及保護(hù)板安裝孔位置全部使用防水膠條安裝，能夠加強(qiáng)相應(yīng)的防水等級。電池殼前端為出線防護(hù)插頭預(yù)留孔安裝位置，電池殼的出線防護(hù)為PG 防水接頭，這種防水接頭防水能力強(qiáng)，從而保證了電池組的防水等級。電池殼上部安裝兩個(gè)把手，方便電池的起落，把手安裝位置，電池殼內(nèi)部用金屬罩滿焊，保證了把手位置的密封性，從而保證相應(yīng)的防水等級。

電池組內(nèi)部結(jié)構(gòu)簡述：具體的結(jié)構(gòu)如1-2 所示，主要包括電芯，支架，鎳帶，銅排，PCB 采集復(fù)合（如圖1-3）等結(jié)構(gòu)，電池組的電芯主要采用鋰離子電芯，鋰離子電芯能量密度高，該材料清潔，污染小，循環(huán)壽命好，循環(huán)壽命在2000 次以上，在同樣的條件下，鋰電池可使用7 到8 年的時(shí)間，從而保證電池組的經(jīng)濟(jì)效益，不會短時(shí)間就需要更換的弊端。電池組的內(nèi)部結(jié)構(gòu)具體分解詳見下文，首先使用支架將電芯固定一起，使用支架結(jié)構(gòu)易于將電池組拼裝，成本低，操作簡單，可以達(dá)到批量化生產(chǎn)的目的，另外使用支架結(jié)構(gòu)，易于整個(gè)電池組的散熱，從而提高整個(gè)電池組的性能，最大程度的減少溫度對電池組穩(wěn)定性以及安全性的影響，支架組裝之后形成半成品電池組，電池組每串之間使用鎳帶進(jìn)行串并聯(lián)。電池組的正負(fù)極使用銅排進(jìn)行輸出，銅排作用過電流能力強(qiáng)，正極輸出銅排連接PCB 板，然后用電纜線從電池殼P+輸出，電池組的負(fù)極輸出銅排連接保護(hù)板，電池的總負(fù)極從保護(hù)板P-端引出電纜線，該電池組一共引出4 跟線，充放電線各兩根，放電線的出現(xiàn)方式為裸線，便于與客戶設(shè)備進(jìn)行適配，充電線的出線方式為安德森插頭，與所提供的充電器進(jìn)行適配。此電池組的電壓采集使用PCB 復(fù)合板點(diǎn)位采集，最后用整齊的一段排線引到保護(hù)板的排線插口處，這種設(shè)計(jì)可以減少線材的焊接以及線材的使用，整體上比較規(guī)整，減少風(fēng)險(xiǎn)點(diǎn)，PCB 復(fù)合板設(shè)計(jì)線詳見圖1-3 所示。為了節(jié)省空間以及安裝方便，電池組使用的保護(hù)板直接從電池組的前端開孔處安裝在金屬殼的保護(hù)板擋板上，保護(hù)板和擋板之間安裝尼龍柱，達(dá)到絕緣安全的作用，同時(shí)可以增加保護(hù)板的散熱，可以使保護(hù)板處于穩(wěn)定的狀態(tài)。

圖1-3

此電池組的保護(hù)系統(tǒng)由保護(hù)板以及排線采集線等構(gòu)成，保護(hù)板可以實(shí)現(xiàn)鋰電池組在一些環(huán)境下可以安全使用，能夠?qū)崿F(xiàn)過充過放，高溫保護(hù)，低溫保護(hù)功能，低壓禁充功能和低溫禁充功能，同時(shí)保護(hù)板帶有均衡功能，協(xié)調(diào)串與串之間的電壓等，使電池組始終處于一致性比較好的狀態(tài)，保護(hù)板的電壓采集采用的PCB 復(fù)合板，減少了電壓采集線在電池組內(nèi)部的走線，減少了線材焊點(diǎn)虛焊以及線材短路等風(fēng)險(xiǎn)，PVCB 復(fù)合板在操作上極大的減少了裝配的時(shí)間，而且采集可靠，方便檢測等優(yōu)點(diǎn)，節(jié)省成本和焊接過程中的危險(xiǎn)點(diǎn)。

圖1-4

電池組的用到的出現(xiàn)防護(hù)采用PG 防水接頭，一方面可以保護(hù)電纜線，另一方面起到防水的效果。電池組的的提升以及拿取采用的上部的兩個(gè)把手安裝在電池殼上，對稱放置，方便電池組的攜帶以及搬運(yùn)。

三、相關(guān)計(jì)算

該電池組總重量約為30KG,通過計(jì)算殼體選擇厚度為1.5mm 鐵殼，此厚度的金屬殼安全可以承受整個(gè)電池的重量，此電池組的把手的型號選擇為：納匯4101-132，該種型號為把手單個(gè)的承重為60KG，兩個(gè)可以承重120KG，遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過電池組的重量，所以完全可以滿足該電池的正常使用。該電池組所用到的鎳帶、銅排、電纜線、硅膠線、銅鼻子、螺栓等載流件以及安裝固定件的過電流能力符合電池組的要求范圍并留有余量，出線防護(hù)用的PG 防水接頭適合電纜線以及硅膠線的尺寸并能達(dá)到相應(yīng)的放回等級，填充材料的厚度計(jì)算能夠達(dá)到標(biāo)準(zhǔn)，可以保證整個(gè)電池組在電池可體內(nèi)的固定，一些絕緣材料的使用可以保證電池組在電流傳輸過程中的安全性。所以通過相關(guān)的計(jì)算，此電池組在安全方面和運(yùn)行方面可以達(dá)到相關(guān)的設(shè)計(jì)要求。

四、總結(jié)

此文涉及的新型鋰電池在結(jié)構(gòu)上安裝方便，適用于批量化生產(chǎn)，節(jié)省成本以及工時(shí)，同時(shí)經(jīng)過設(shè)計(jì)優(yōu)化，極大程度上減少了內(nèi)部線束的使用，使用銅排之后過電流能力增強(qiáng)，散熱較少，排布簡便，此電池設(shè)計(jì)中保護(hù)系統(tǒng)具有過充過放，高溫保護(hù)，低溫保護(hù)功能，低壓禁充功能和低溫禁充功能，同時(shí)保護(hù)板帶有均衡功能，協(xié)調(diào)串與串之間的電壓等功能，完全能夠保護(hù)電池組在多種狀態(tài)下的安全使用，保證電池組的正常運(yùn)行，PCB 復(fù)合板的使用，提高了整個(gè)電池組的可裝配性能，可批量化加工的可能性，減少了電壓采集線材的使用和焊接過程的危險(xiǎn)點(diǎn)。該電池組的設(shè)計(jì)可以應(yīng)用到室外多種復(fù)雜環(huán)境當(dāng)中，防水等級較高，用途廣泛?，F(xiàn)階段，在整體新能源新基建的趨勢當(dāng)中，鋰電池作為新能源的一種，應(yīng)該可以擔(dān)當(dāng)起推動國家進(jìn)步的一種載體，鋰電池也必然會成為社會進(jìn)步的動力。