一种动力电池包系统总成的制作方法

1.本发明属于新能源汽车行业电池系统技术领域，尤其是涉及一种动力电池包系统总成。


背景技术：

2.目前，锂离子电池的使用越来越广泛，众所周知在电动车领域锂离子电池以其体积小、重量轻、绿色环保能重复利用的优点正在逐步取代铅酸类镍铬类电池的主导地位。为满足市场需求，电池组需满足产品的安全可靠性要求，同时产品需满足电池组内部的电气安全性，保证电池组的使用寿命。目前电池系统总成结构和控制单元较为单一，系统内部组件的固定和装配有一定的局限性，特别是在产品机械振动的时候，现有总成结构不能有效的保证产品的强度，影响产品的安全性能，尤其是对电压和容量较高的多模块单元系统总成。


技术实现要素：

3.有鉴于此，本发明旨在提出一种动力电池包系统总成，以解决现有产品结构强度低，安全性能低、电压温控不稳定的问题。
4.为达到上述目的，本发明的技术方案是这样实现的：
5.一种动力电池包系统总成，包括总控单元、若干层模组单元、总成支架和液冷系统，若干层模组单元通过总成支架自上而下依次设置，最上方模组单元的上方安装总控单元，每层模组单元的底部均连接至液冷系统，每层模组单元分别信号连接至总控单元。
6.进一步的，所述模组单元为3个，分别为自下而上依次设置的第一层模组单元、第二层模组单元和第一层模组单元，每层模组单元的两侧均固接至总成支架，第三层模组单元的上方设有总控单元。
7.进一步的，所述总控单元包括总控盒体，总控盒体内部安装bdu和bms。
8.进一步的，所述第三层模组单元包括箱体上盖、箱体下壳、电池模组、导热垫、低压插件端、模组采样接头和高压插件端，箱体上盖下方安装箱体下壳，箱体下壳的一侧安装bmu、高压继电器和低压插件，箱体下壳分别设有高压插件端和低压插件端；箱体下壳内的中部安装若干电池模组，电池模组和箱体下壳底部之间设有导热垫，每个电池模组的一侧均设有模组采样接头，每个模组采样接头分别通过采样线束连接到bmu的主板上，bmu通过低压通讯线束连接至总控单元的bms，高压继电器通过高压连接线束连接至总控单元的bms。
9.进一步的，所述高压插件端包括正极插件端和负极插件端，箱体下壳一侧设有正极插件端，另一侧设有负极插件端。
10.进一步的，每个所述箱体下壳底部均采用压铸的方式集成一根液冷管，液冷系统包括进水管和出水管，进水管与每根液冷管的进水口连通，出水管与每根液冷管的出水口连通。
11.进一步的，所述总成支架包括总控固定部、模组固定部和吊装部，总成支架顶部设有吊装部，中间设有总控固定部，下方均布若干模组固定部，模组固定部的数量与模组单元的数量相同；
12.进一步的，所述总成支架的横截面为直角三角形结构，且三角形中大锐角a的角度不小于80
°
。
13.进一步的，所述总控固定架为一侧开口的矩形壳体结构，总控固定架一侧设有翻边，另一侧设有连接部，连接部通过螺栓连接至总控固定部，翻边固定连接至总控盒体的一侧。
14.相对于现有技术，本发明所述的动力电池包系统总成具有以下优势：
15.(1)本发明所述的动力电池包系统总成，通过高压线缆和低压线束将模组电源和总控单元的电气系统进行了连接，线缆和线束通过固定支架固定到箱体和支架上，连接牢固，固定可靠；能有效提升系统装配的新结构，保证电池系统中各个组件连接固定牢靠，提升电池系统的机械性能。
16.(2)本发明所述的动力电池包系统总成，能够同时监控各个模组的温度和电压，使用液冷系统均衡各个模块单元电芯的温度，使用bms管理系统监控各个模组单元的电压，使用bdu管理系统控制整个电池系统电路的闭合和断开，提高产品质量稳定性。
17.(3)本发明所述的动力电池包系统总成，将电池包总成整体将电池模块和总控单元模块单独布置，电池包总成整体由三个电池模组单元和一个总控单元组成，每个模组单元单独通过bmu系统进行控制，独立监控电池模块内部电芯的温度电压等信息；每个模组具有独立的液冷系统和高低压输出单元，温度均衡可控，电气性能实时监控，保证了电池系统模块的质量稳定性。
18.(4)本发明所述的动力电池包系统总成，系统中电池包总成的液冷系统分布到各个模块单元中，底部采用压铸方式，集成了液冷管组件，减轻箱体重量，减少传统液冷板占用的空间，提升能量密度。
附图说明
19.构成本发明的一部分的附图用来提供对本发明的进一步理解，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。在附图中：
20.图1为本发明实施例所述的动力电池包系统总成的示意图；
21.图2为本发明实施例所述的第三层模组单元的俯视图；
22.图3为图2的a
‑
a向剖视图；
23.图4为图3中a部的放大图；
24.图5为本发明实施例所述的第三层模组单元的示意图；
25.图6为本发明实施例所述的箱体下壳的示意图；
26.图7为本发明实施例所述的总成支架的主视图；
27.图8为本发明实施例所述的总成支架的侧视图；
28.图9为本发明实施例所述的总控固定架的结构示意图；
29.图10为本发明实施例所述的液冷系统的结构示意图；
30.图11为本发明实施例所述的高压电气原理图示意图。
31.附图标记说明：
[0032]1‑
总控单元；2
‑
第三层模组单元；21
‑
箱体上盖；22
‑
箱体下壳；221
‑
隔板；222
‑
隔离腔；223
‑
模组安装腔；23
‑
电池模组；24
‑
导热垫；25
‑
高压插件端；26
‑
低压插件端；27
‑
模组采样接头；3
‑
第二层模组单元；4
‑
第一层模组单元；5
‑
总成支架；51
‑
总控固定部；52
‑
模组固定部；53
‑
吊装部；6
‑
液冷系统；7
‑
总控固定架；71
‑
翻边；72
‑
连接部。
具体实施方式
[0033]
需要说明的是，在不冲突的情况下，本发明中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。
[0034]
在本发明的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，术语“第一”、“第二”等仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”等的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。在本发明的描述中，除非另有说明，“多个”的含义是两个或两个以上。
[0035]
在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以通过具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
[0036]
下面将参考附图并结合实施例来详细说明本发明。
[0037]
术语解释：
[0038]
bms:电池管理系统(battery management system)，电动汽车电池管理系统(bms)是连接车载动力电池和电动汽车的重要纽带，其主要功能包括：电池物理参数实时监测；电池状态估计；在线诊断与预警；充、放电与预充控制；均衡管理和热管理等。bms包含多个处理模块：数据采集模块，soc估算模块，电气控制模块，安全管控模块，热管理模块，数据通信和显示模块等。
[0039]
bmu:电池管理单元(battery management unit)bmu是管理电池系统中的某个电池的管理单元，bmu对电池单元的相关参数进行监测，包含电压监测，电流检测，温度监测，绝缘监测，继电器状态监测，soc等等。
[0040]
bcu：电池控制单元(battery control unit)控制或管理电池系统或热性能，并可以与车辆上的其他控制单元进行信息交互的电子控制部件。
[0041]
bdu，电池包断路单元(battery disconnect unit)，专为电池包内部设计，也是高压配电盒的一种。
[0042]
一种动力电池包系统总成，如图1至图11所示，包括总控单元1、若干层模组单元、总成支架5、液冷系统6和总控固定架7，若干层模组单元通过总成支架5自上而下依次设置，最上方模组单元的上方安装总控单元1，每层模组单元的底部均连接至液冷系统6，每层模
组单元分别连接至总控单元1。本方案设计了一种独立的电池系统总成，保证电池包系统总成的电气控制及各个模块单元和总控单元固定的稳定性。本方案解决了传统的电池模块和控制单元较为单一，系统内部组件的固定和装配有一定的局限性的问题。对电压和容量较高的多模块单元系统总成，新产品在结构强度和电压温度控制上有了较大的提升。
[0043]
在一个或多个实施例中，模组单元为3个，分别为自下而上依次设置的第一层模组单元4、第二层模组单元3和第一层模组单元2，每层模组单元的两侧均固接至总成支架5，第三层模组单元2的上方设有总控单元1。电池包总成通过电池包总成支架5将电池包模组单元和总控单元1进行连接，保证电池包内部组件的固定牢固，提高了电池包的机械性能。
[0044]
总控单元1包括总控盒体，总控盒体内部安装bdu和bms。总控盒体采用hc340/590dp材质，厚度2mm，总控盒体内部设置加强梁和加强筋结构，满足强度要求。
[0045]
第三层模组单元2包括箱体上盖21、箱体下壳22、电池模组23、导热垫24、低压插件端26、模组采样接头27和高压插件端25，箱体上盖21下方安装箱体下壳22，箱体下壳22的一侧安装bmu、高压继电器和低压插件，箱体下壳22的两端分别设有高压插件端25和低压插件端26；优选的，高压插件端25包括正极插件端和负极插件端，箱体下壳22一侧设有正极插件端，另一侧设有负极插件端；箱体下壳22内的中部安装若干电池模组23，电池模组23和箱体下壳22底部之间设有导热垫24，每个电池模组23的一侧均设有模组采样接头27，每个模组采样接头27分别通过采样线束连接到bmu的主板上，bmu通过低压通讯线束将各个电池模组23的电压和温度数据通过低压插件端26连接至总控单元1的bms，高压继电器通过高压连接线束连接至总控单元1的bms。每个电池模组23单独通过bmu系统进行控制，独立监控电池模组23内部电芯的温度电压等信息。每个电池模组23上均设有独立的高低压输出单元，实现了电气性能的实时监测，保证了电池系统模块质量的稳定性。
[0046]
箱体下壳22包括为上端开口的矩形壳体结构，箱体下壳22内部由若干隔板221分隔成若干模组安装腔223和两个隔离腔222，且两个隔离腔222分别位于箱体下壳22的两端，隔离腔222用于安装bmu、高压继电器和低压插件，模组安装腔223用于安装电池模组23。
[0047]
每个箱体下壳22底部均采用压铸的方式集成一根液冷管，液冷系统6包括进水管和出水管，进水管与每根液冷管的进水口连通，出水管与每根液冷管的出水口连通。优选的，整体液冷系统6通过快插连接器和液冷水管实现三层模组结构的液冷系统的连接。将液冷系统集成到各个模组单元的箱体下壳22内部，减少箱体下壳22内部的空间使用，同时将箱体下壳22内部的各个组件温度均衡，提高产品质量稳定性，工艺简便，装配简单，适合批量生产。每个电池模组23底部设有独立的液冷系统6，使得电池模组23底部的温度均匀可控，保证了电池系统模块的质量稳定性。
[0048]
箱体下壳22底部采用压铸方式，集成了液冷管，减轻了箱体重量，有效减少了传统液冷板占用的空间，大大提升了动力电池包系统总成的能量密度。
[0049]
箱体下壳22厚度5mm，整体铸铝成型，材料成本低，工艺可行性高；箱体上盖21采用pp+30％gf材质，厚度3mm，设计了加强筋的结构，提升了箱体上盖21的强度。
[0050]
总成支架5包括总控固定部51、模组固定部52和吊装部53，总成支架5顶部设有吊装部53，中间设有总控固定部51，下方均布若干模组固定部52，模组固定部52的数量与模组单元的数量相同；总成支架5的横截面为直角三角形结构，且三角形中大锐角a的角度不小于80
°
。保证总成支架5的稳定性，同时翻边将连接到一起的模组单元和总成单元1整体固定
到整车车架上。
[0051]
箱体下壳22的两侧分别设有若干组安装孔，每组安装孔和模组固定部52通过螺栓连接，使得第一层模组单元4、第二层模组单元3和第一层模组单元2通过总成支架5固接在一起。
[0052]
总控固定架7为一侧开口的矩形壳体结构，质量轻，减小了设备的整体质量，同时节约的材料；总控固定架7一侧设有翻边71，另一侧设有连接部72，连接部72通过螺栓连接至总控固定部51，翻边71固定连接至总控盒体的一侧，使得总控单元1和模组单元固定连接，且连接牢固，固定可靠。
[0053]
电池模组23通过高压线缆和低压线束将模组单元的bmu和总控单元1的电气系统进行了连接，线缆和线束通过总成支架5固定到箱体下壳22上，连接牢固，固定可靠。电池包总成整体由三个电池模组单元和一个总控单元组成，每个模组单元单独通过bmu系统进行控制，独立监控电池模块内部电芯的温度电压等信息。每个电池模组具有独立的液冷系统和高低压输出单元，温度均衡可控，电气性能实时监控，保证了电池系统模块的质量稳定性。
[0054]
图11为高压电气原理图，动力电池系统由电池组、电池管理系统、电气系统三部分组成。三部分合理匹配，根据不同工况和整车需求充放电，同时实现对动力电池状态监控、能量管理、安全管理和健康管理。电池组即电池模组23的控制单元，其中电气系统由bdu、高压连接和低压控制通讯线束组成，作为电池管理系统与电池组之间的纽带，为其提供可靠的硬件支持，能够执行动力电池能量分配和安全防护。
[0055]
在一个或多个实时例中，动力电池包系统总成的主要参数如下：
[0056]
序号项目参数1标称电压(v)691.22标称容量(ah)1093标称电量(kwh)75.344组合方式2p216s5电压范围(v)540～788.46可用电量(kwh)71.57重量(kg)≈798.58能量密度(wh/kg)94.3
[0057]
在电池包结构设计中，电池系统设计需保证结构可靠，固定牢固，工艺上易成型和装配。为满足电池包系统设计的使用要求，现急需一种能有效提升系统装配的新结构，保证电池系统中各个组件连接固定牢靠，提升电池系统的机械性能，同时监控各个模组的温度和电压，使用液冷系统均衡各个模块单元电芯的温度，使用bms管理系统实时监控各个模组单元的电池状态，在正确获取电池状态后进行热管理、电池均衡管理、充放电管理、故障报警等，建立通信总线，向显示系统、整车控制器和充电机等实现数据交换。(bmu通过低压线束采集每个电池模组的电池状态信息数据，整合并通过低压通讯线束传输到bcu中，bcu对数据采集电路采集的电池状态信息数据，由电芯控制单元(ecu)进行数据处理和分析，然后根据分析结果对系统内的相关功能模块发出控制指令，并向外界传递信息，控制bdu中的相关电子器件实现系统电路的闭合和断开，提高产品质量稳定性。
[0058]
以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。