一种结构简易且防水的新型锂电池

张峰

（山东精工电源科技有限公司，山东 枣庄 277000）

一、总体结构设计

目前锂电池作为新能源的一种载体已经广泛应用到各个行业以及设备当中，锂电池可以为各种设备提供电能，例如电动汽车，电动叉车，AGV 行业，各种各样的玩具赛车以及扫地机器人，家庭储能，光伏发电等等，锂电池的用途非常广泛，但是锂电池的应用环境有时候也是经常考虑的问题，例如，锂电池组会用经常用在室外的环境，室外的环境有可能比较潮湿，也有可能接触到雨水，所以说锂电池组的设计问题就会比较复杂，所以电池组在设计阶段就应该考虑到相应的防水等级，来保证整体电池组的安全性，下面介绍一种结构简易且防水的新型锂电池，如图1-1 所示的为电池组的整体效果图，这种新能源电池有很多优点，首先这种电池设计时考虑到整体电池组在整体装配上要求结构简单，这种结构适用于批量化生产，节省材料与工时，员工操作起来简便，另外操作过程中减少很多风险点，另外这种电池的防水等级比较高，可以到达IP66 防水等级，适用于室外的多种环境，例如比较潮湿环境或者车载电池组在一定的雨天环境也可以正常运转工作，从而保证整体电池组的安全性能。下面具体介绍一下该电池组。

图1-1

二、电池组各部分结构

如图1-2 所示，锂电池组主要包括:1.金属壳结构2.电池组结构3.保护板系统以及采集PCB 复合板4.填充材料以及防护材料5.出线防护接插件6 所使用的线材、铜排、以及铜鼻子、螺栓等连接件和固定件结构。

图1-2

首先，锂电池组采用的壳体为金属壳的防水结构，防水等级可以达到IP66，作为整个电池组的载体，必须保证此金属壳的防水等级以及强度，电池组用于室外的车体上，这种防水等级完全可以达到使用要求。电池壳上下盖以前端保护板安装孔的位置，螺栓孔全部采用的是螺纹盲孔，保证了防水等级的要求。上下盖之间以及保护板安装孔位置全部使用防水胶条安装，能够加强相应的防水等级。电池壳前端为出线防护插头预留孔安装位置，电池壳的出线防护为PG 防水接头，这种防水接头防水能力强，从而保证了电池组的防水等级。电池壳上部安装两个把手，方便电池的起落，把手安装位置，电池壳内部用金属罩满焊，保证了把手位置的密封性，从而保证相应的防水等级。

电池组内部结构简述：具体的结构如1-2 所示，主要包括电芯，支架，镍带，铜排，PCB 采集复合（如图1-3）等结构，电池组的电芯主要采用锂离子电芯，锂离子电芯能量密度高，该材料清洁，污染小，循环寿命好，循环寿命在2000 次以上，在同样的条件下，锂电池可使用7 到8 年的时间，从而保证电池组的经济效益，不会短时间就需要更换的弊端。电池组的内部结构具体分解详见下文，首先使用支架将电芯固定一起，使用支架结构易于将电池组拼装，成本低，操作简单，可以达到批量化生产的目的，另外使用支架结构，易于整个电池组的散热，从而提高整个电池组的性能，最大程度的减少温度对电池组稳定性以及安全性的影响，支架组装之后形成半成品电池组，电池组每串之间使用镍带进行串并联。电池组的正负极使用铜排进行输出，铜排作用过电流能力强，正极输出铜排连接PCB 板，然后用电缆线从电池壳P+输出，电池组的负极输出铜排连接保护板，电池的总负极从保护板P-端引出电缆线，该电池组一共引出4 跟线，充放电线各两根，放电线的出现方式为裸线，便于与客户设备进行适配，充电线的出线方式为安德森插头，与所提供的充电器进行适配。此电池组的电压采集使用PCB 复合板点位采集，最后用整齐的一段排线引到保护板的排线插口处，这种设计可以减少线材的焊接以及线材的使用，整体上比较规整，减少风险点，PCB 复合板设计线详见图1-3 所示。为了节省空间以及安装方便，电池组使用的保护板直接从电池组的前端开孔处安装在金属壳的保护板挡板上，保护板和挡板之间安装尼龙柱，达到绝缘安全的作用，同时可以增加保护板的散热，可以使保护板处于稳定的状态。

图1-3

此电池组的保护系统由保护板以及排线采集线等构成，保护板可以实现锂电池组在一些环境下可以安全使用，能够实现过充过放，高温保护，低温保护功能，低压禁充功能和低温禁充功能，同时保护板带有均衡功能，协调串与串之间的电压等，使电池组始终处于一致性比较好的状态，保护板的电压采集采用的PCB 复合板，减少了电压采集线在电池组内部的走线，减少了线材焊点虚焊以及线材短路等风险，PVCB 复合板在操作上极大的减少了装配的时间，而且采集可靠，方便检测等优点，节省成本和焊接过程中的危险点。

图1-4

电池组的用到的出现防护采用PG 防水接头，一方面可以保护电缆线，另一方面起到防水的效果。电池组的的提升以及拿取采用的上部的两个把手安装在电池壳上，对称放置，方便电池组的携带以及搬运。

三、相关计算

该电池组总重量约为30KG,通过计算壳体选择厚度为1.5mm 铁壳，此厚度的金属壳安全可以承受整个电池的重量，此电池组的把手的型号选择为：纳汇4101-132，该种型号为把手单个的承重为60KG，两个可以承重120KG，远远超过电池组的重量，所以完全可以满足该电池的正常使用。该电池组所用到的镍带、铜排、电缆线、硅胶线、铜鼻子、螺栓等载流件以及安装固定件的过电流能力符合电池组的要求范围并留有余量，出线防护用的PG 防水接头适合电缆线以及硅胶线的尺寸并能达到相应的放回等级，填充材料的厚度计算能够达到标准，可以保证整个电池组在电池可体内的固定，一些绝缘材料的使用可以保证电池组在电流传输过程中的安全性。所以通过相关的计算，此电池组在安全方面和运行方面可以达到相关的设计要求。

四、总结

此文涉及的新型锂电池在结构上安装方便，适用于批量化生产，节省成本以及工时，同时经过设计优化，极大程度上减少了内部线束的使用，使用铜排之后过电流能力增强，散热较少，排布简便，此电池设计中保护系统具有过充过放，高温保护，低温保护功能，低压禁充功能和低温禁充功能，同时保护板带有均衡功能，协调串与串之间的电压等功能，完全能够保护电池组在多种状态下的安全使用，保证电池组的正常运行，PCB 复合板的使用，提高了整个电池组的可装配性能，可批量化加工的可能性，减少了电压采集线材的使用和焊接过程的危险点。该电池组的设计可以应用到室外多种复杂环境当中，防水等级较高，用途广泛。现阶段，在整体新能源新基建的趋势当中，锂电池作为新能源的一种，应该可以担当起推动国家进步的一种载体，锂电池也必然会成为社会进步的动力。