一种燃料电池控制器封装设计的制作方法

本发明涉及一种电力行业的燃料电池控制器，特别是涉及一种燃料电池控制器封装设计。

背景技术：

燃料电池是继水力、火力和原子能发电后的第四代发电技术，也是目前唯一同时兼具无污染、高效率、适用广、无噪声和可连续工作的动力装置，被认为是21世纪最有发展前景的高效清洁发电技术。目前燃料电池已用于航天飞船、汽车、舰船、发电站、移动电话、笔记本电脑等众多领域。但作为燃料电池核心的控制系统却迟迟未进入我们的视野，本控制器为国内第一款氢燃料电池系统控制器，全智能控制软硬件平台，管理电堆单片电压，自带CAN通信接口可与整车控制器、BMS、DCDC通信；采用双层密封屏蔽设计，有较强抗干扰能力；采用银基密封胶，防水防尘性能达到IP67。

传统的燃料电池控制器存在如下设计缺陷：

1、传统壳体合盖密封处大多采用绝缘橡胶条，上下盒盖固定螺钉孔间距过大，电磁泄漏严重，整个壳体屏蔽效能大大降低或失效；即使采用导电胶条密封，但长期使用后胶条老化同样出现电磁泄漏，严重时丧失密封屏蔽工能。

2、传统壳体设计大部分未做胶槽设计，部分有做胶槽设计，但胶槽多为平面挤压或内外相扣式挤压，这样由于安装时压力过大或设计间隙过小，胶液被挤出密封面，导致密封失效；新型设计有做上下双凹槽设计的，但由于上下结合时气泡无法排除，密封胶不能均匀分布密封效果并不理想。

3、壳体散热面设计过于复杂，增加模具或加工难度，而且由于散热面的设计增加了控制器整体轮廓尺寸的,对于空间较小的应用环境来说是个挑战；

4、传统线束未做线束分流信号、电源、负载均位于壳体同侧且并行安置，不同电压电流线束之间耦合干扰较大，同线束自身间相互干扰的问题一直未解决。

技术实现要素：

本发明提供了一种燃料电池控制器封装设计，解决了以上问题，其技术方案如下所述：

一种燃料电池控制器封装设计，包括上盖和下盖组成的外壳，在上盖和下盖之间设置有控制板，在控制板上设置有接插件，所述外壳的壳体采用双层密封屏蔽设计，分为第一屏蔽层和第二屏蔽层，所述第一屏蔽层是上盖和下盖连接时采用凹凸面结合的结构形成，并在结合面采用单组分室温固化弹性导电胶填充缝隙，所述第二屏蔽层是外壳连接到控制板铜箔。

所述接插件的电源线与信号线分开做两条线束。

所述控制板的易热区域设置有导热柱，导热柱与壳体为一体设计，所述控制板与导热柱之间设置有导热硅脂。

每个线束用锡纸包裹，外层用波纹管包裹。

所述外壳的上盖和下盖连接处的内侧，形成的密封边设计有凹槽结构，内侧设计有与控制板铜箔接触的平面。

所述控制板包含微控制器模块和分别与其相连接的供电模块、信号采集模块、控制输出模块、板载环境测量模块、通信模块。供电模块设计磁环滤波装置，控制输出模块设计磁珠滤波装置。

所述第一屏蔽层中，凹面中的胶槽在点胶时仅槽内点胶，胶槽的四角有排胶孔装置。

所述上盖和下盖在凹凸面结合平齐后用涂过胶的螺钉紧固。

本发明具有以下优点：

1、本发明包含双层屏蔽设计，使用壳体导电屏蔽设计，外壳与控制板铜箔接屏蔽设计，双层屏蔽设计更有效的提升屏蔽效果，使控制器运行更稳定，效率更高。

2、凹凸面胶槽锁死设计，单组分室温固化弹性导电胶填充在凹槽里，凸面结合挤压使胶更均匀的填充在缝隙里，多余的胶液将延两端螺纹孔排出，由于凹凸面配合比双平面有更大接触面，所已可以使用更少的胶达到更好的密封及屏蔽效果，即使表面腐蚀老化胶被牢牢的锁死在凹槽里，仍能保持其密封性能。

3、壳体内部散热柱设计，在控制板易产热区域增加导热柱设计，导热柱与壳体为一体设计，当控制板运行产热时，热量通过导热硅脂及时传导到导热柱并传导到整个壳体，达到快速散热的目的，同时与传统的散热壳体设计相比大大降低了加工难度和成本。

4、由于电源线与信号线电压、电流差异很大，并行走线耦合干扰较大。采用线束分流设计，很好的避免了干扰问题，使用使控制器运行更稳定，效率更高。

附图说明

图1是所述燃料电池控制器封装设计的结构示意图；

图2是所述双层屏蔽设计的结构示意图；

图3是所述凹凸面胶槽锁死设计的示意图；

图4是所述导热柱的结构示意图；

图5是所述导热柱的位置示意图；

图6是所述电源线与信号线分束的示意图；

图7是所述燃料电池控制器壳体实施例1的整体外观示意图；

图8是实施例1中壳体的爆炸示意图；

图9是实施例1中上壳的示意图；

图10是实施例1中上盖的背面示意图；

图11是图10的A-A侧视图；

图12是图11中I的放大示意图；

图13是图11中II的放大示意图；

图14是实施例1中接插件的示意图；

图15是图14的侧视图；

图16是图14的俯视图；

图17是实施例1中控制板四周铜箔镶边的示意图；

图18是实施例1中下壳的示意图；

图19是图18的B-B侧视图；

图20是密封边设计凹槽结构的示意图。

具体实施方式

如图1所示，所述燃料电池控制器壳体包括上盖1、接插件4(502225-0801，MOLEX)、控制板10(V3.030017-00包含供电模块、微控制器模块、信号采集模块、控制输出模块、板载环境测量模块、通信模块)、下盖2。上盖1上面可以印制logo图案3，以及设置有散热面5，所述控制板的易热区域设置有导热柱6以及导热柱7，导热柱6、导热柱7与壳体为一体设计，所述控制板10与导热柱6、导热柱7之间设置有导热硅脂(TG-240)，所述接插件3的母端插针焊在控制板10上，控制板10通过螺钉固定在下盖2，上盖1扣在下盖2上用螺钉8紧固，所述上盖1和下盖2连接时采用凹凸面结合的结构形成，并在结合面采用单组分室温固化弹性导电胶(TH-6003)填充缝隙，其中凹面形成胶槽9。

燃料电池控制器壳体是燃料电池系统的核心部件，其屏蔽性能、散热性能、防水防尘性能对系统的性能有很大的影响。

为保证燃料电池控制器的正常使用，需要良好的电磁屏蔽功能，由于燃料电池系统周边有很多干扰源(如电机、高压电控箱、电源箱、高压锂电池等)如果不做干扰屏蔽设计，会导致控制器信号混乱失真，传递错误控制指令，严重时会导致整个系统不能正常运行。

为保证燃料电池控制器的正常使用，需要保持良好的密封性能，由于燃料电池的特殊性，其使用环境往往湿度较大，需要有良好的防水防雾性能，车载条件下可能会有大量的灰尘泥沙，需要有良好的防尘性能。

为保证燃料电池控制器的正常使用，需要保持良好的散热功能，如果散热不及时，会导致控制器反应迟钝，严重时会导致电子器件烧毁。因此需要良好的散热、迅速降温。

就壳体屏蔽效能而言，壳体本身导电连续性是最重要的，本控制器壳体采用双层密封屏蔽设计，外层上下盖体结合面体采用充单组分室温固化弹性导电胶填充缝隙，与传统密封胶相比此胶具有流变稳定性好、导电性能良好且稳定、电磁波隔绝率高等优点，内部使用铜箔封装，具有优良的电磁屏蔽性能。

上下盖结合采用凹凸面结合，凹槽中间填充采用单组分室温固化弹性导电胶，与传统密封胶相比此胶具有流变稳定性好、弹性好对反复压缩具有良好的复原性、使用温度范围广等优点，螺钉紧固后其防水防尘性能达到IP67。

下盖在控制板发热区设计导热柱，通过导热硅脂将热量及时传导到导热柱并传导到整个壳体；上盖表面做简单美观的凹凸面设计，既增强了壳体强度有增加了散热面。

如图2所示，本发明包含双层屏蔽设计，使用壳体导电屏蔽设计，外壳与控制板铜箔接屏蔽设计，双层屏蔽设计更有效的提升屏蔽效果，使控制器运行更稳定，效率更高。

如图3所示，凹凸面胶槽锁死设计，单组分室温固化弹性导电胶填充在凹槽里，凸面结合挤压使胶更均匀的填充在缝隙里，多余的胶液将延两端螺纹孔排出，由于凹凸面配合比双平面有更大接触面，所已可以使用更少的胶达到更好的密封及屏蔽效果，即使表面腐蚀老化胶被牢牢的锁死在凹槽里，仍能保持其密封性能。

如图4和图5所示，壳体内部散热柱设计，在控制板易产热区域增加导热柱设计，导热柱与壳体为一体设计，当控制板运行产热时，热量通过导热硅脂及时传导到导热柱并传导到整个壳体，达到快速散热的目的，同时与传统的散热壳体设计相比大大降低了加工难度和成本。

如图6所示，由于电源线与信号线电压、电流差异很大，并行走线耦合干扰较大。采用线束分流设计，很好的避免了干扰问题，使用使控制器运行更稳定，效率更高。

在实施例1中，如图7所示的整体外观，如图8中，所述燃料电池控制器包括：螺钉2、上盖、接插件、控制板、密封胶、螺钉1、导热硅脂、下盖组成。

如图9所示的上盖正面，设计有散射状散热条，可以在上盖加装logo。上盖的背面如图10到图13所示，密封边设计有凸台结构，接插件处设计胶槽，内侧设计有与控制板铜箔接触的平面。

接插件如图14到图16所示进行分流处理，将电源线与信号线分开做两条线束。每个接插件引出来的线路做一个单独的线束，用锡纸包裹，外层用波纹管包裹。

控制板如图17所示，四周铜箔镶边，由供电模块、微控制器模块、信号采集模块、控制输出模块、板载环境测量模块、通信模块组成。其中供电模块设计磁环滤波装置，控制输出模块设计磁珠滤波装置。

下盖如图18和图19所示，密封边设计凹槽结构，内侧设计有与控制板铜箔接触的平面，在控制板易产热区域增加导热柱设计。其中，密封边是在上盖和下盖结合时，内侧形成的密封部位。

图18中灰色部分为胶槽，点胶时仅槽内点胶，四角有排胶孔设计，安装时上下盖扣合施压，多余的胶便由此孔排出；图中网格部分为控制板铜箔接触面，安装后铜箔紧贴壳体形成第二层屏蔽层。

安装时接插件母端预先插针焊在控制板上，在下盖的导热柱上涂抹散热膏、用点胶机在胶槽里点好胶，将控制板放入下盖，用四个螺钉1紧固在下盖上，用点胶机在上盖胶槽里点好胶，上盖扣在下盖上，对齐均匀施压，上下面结合平齐后用涂过胶的螺钉2紧固，完成。

实施例1中的燃料电池控制器壳体，能够充分表达出本发明的优点：

1、采用胶条密封的控制器，由于胶条的弹性，往往在螺钉紧固的地方胶条压缩变形密封效果好，但远离螺钉端由于弹性作用壳体弓形变化，上下盖产生间隙，电磁泄露。本发明采用慢干单组分室温固化弹性导电胶，螺钉固定后胶体延缝隙流动，填充缝隙后缓慢凝固，上下盖得到均匀密封贴合，良好的起到防尘防水的功能，并大大增强电磁屏蔽效果。

2、一般电控制只做壳体屏蔽设计，长期使用后胶体老化，尤其是车载，长期使用出现各种密封问题，密封及屏蔽效果下降。本设计使用壳体导电屏蔽设计，外壳与控制板铜箔接屏蔽设计，双层屏蔽设计更有效的提升屏蔽效果，并且由于使用凹凸胶槽即便胶体老化也会锁死在胶槽里，保证密封效果。

3、相比传统的增加散热面方式，本设计不但可以及时的将热量散出而且降低壳体的加工成本，减少材料浪费，减轻控制器整体重量。

4、采用线束分流设计，很好的避免了干扰问题，使用使电堆运行更稳定，效率更高。

安装前，控制器安装配件：螺钉2、上盖、接插件、控制板、密封胶、螺钉1、导热硅脂、下盖。

安装时，接插件母端预先插针焊在控制板上，在下盖的导热柱上涂抹散热膏、用点胶机在胶槽里点好胶，将控制板放入下盖，用四个螺钉1紧固在下盖上，用点胶机在上盖胶槽里点好胶，上盖扣在下盖上，对齐均匀施压，上下面结合平齐后用涂过胶的螺钉2紧固，完成。

按标准做环境和电磁兼容测试，通过测试可以看出与一代相比，其防水防尘性能有了明显提升。

一代质量890g，改进后质量660g，减轻230g，高度降低10mm，加工难度大幅下降。

散热性能有明显提升，板子的最高温度与一代相比降低约10℃。

电磁屏蔽性能也与一代相比大幅提升。