无人机电池包结构及无人机的制作方法

1.本公开涉及软包电芯组装技术领域，尤其涉及一种无人机电池包结构及无人机。


背景技术：

2.近年来随着无人机技术的普及，其应用范围已从军用扩展到民用，并逐渐在航拍、测绘、农业、表演、短途运输等行业发挥重要作用。而无人机用锂离子电池作为无人机的关键损耗件，目前已成为锂离子电池的又一大细分市场。随着无人机行业的崛起，这一市场规模也在逐渐扩大。
3.目前无人机行业并没有统一的电池安装方案，都是各个厂家各根据自身设计安装，有的结构复杂，安装不便，或者结构过于简单，导致固定不稳定，在飞行中出现松动。同时，由于无人机飞行功率大，会导致电池发热量大，这将影响电池组的使用寿命，目前尚未找到好的散热方案。
4.锂电池包结构(pack)工艺是指将电芯、保护板、电池线、电池镍片、电池辅料、电池盒、电池膜等通过焊接的方式组装成成品电池。软包电芯由于其安全性能好、重量轻、容量大、内阻小、倍率特性好等特点，被广泛应用在无人机电池中。无人机电池对重量的要求比较严苛，同时在使用工况中会有碰撞震动出现。因此电池组也需要一定结构强度，以防止颠簸、震动对电芯的损伤。
5.以往的结构设计中，为了电池包结构的安全性，会采用电芯支架以及外部壳体等保护装置，但是遇到大型无人机，采用锂离子电池较多的电池包结构时，由于无人机对重量的敏感性，无法采用液冷散热方案，当使用塑料支架以及外部壳体等保护装置时，会将电芯全面包裹在塑料件中，影响电芯的散热，对电芯的寿命以及电池包结构的性能都有一定影响。
6.为此，有必要对电芯支架结构进行优化，使其既能保证电池包结构的结构强度要求，又能够满足锂离子电池的散热需求。


技术实现要素：

7.(一)要解决的技术问题
8.有鉴于此，本公开的主要目的在于提供了一种无人机电池包结构及无人机，以解决上述现有技术存在的问题。
9.(二)技术方案
10.为达到上述目的，本公开采用的技术方案如下：
11.一种无人机电池包结构，包括：串联或并联连接的多个电芯模组；模组支架5，具有一容置空间，所述多个电芯模组通过限位方式固定于所述模组支架5的容置空间内；bms端板盒3，固定于所述模组支架5；风扇端板盒4，固定于所述模组支架5。
12.在本公开的一个实施例中，所述多个电芯模组中的每一个均包括：若干电芯1.8；捆绑电芯的扎带1.1；模组四周和上下的绝缘板1.2；电芯底部的ptc加热膜1.9；若干汇流排
1.3；模组汇流排1.4；电池总极汇流排1.5；芯串联板1.6；以及绝缘防火填充材料，填充于电芯串联板1.6与上绝缘板之间；其中，所述扎带1.1将所述若干电芯1.8捆绑在一起，所述绝缘板1.2设置于所述若干电芯1.8周围，所述ptc加热膜1.9设置于所述若干电芯1.8的底部与所述绝缘板1.2之间，所述模组汇流排1.4将多个电芯模组串联，所述电池总极汇流排1.5分别固定于电芯模组的总正极与总负极，并延伸出电芯模组；所述电芯串联板1.6位于所述若干电芯1.8的上表面，所述汇流排1.3焊接在所述电芯串联板1.6上，所述若干电芯的极耳焊接在所述汇流排1.3上，使得所述若干电芯完成串并联。
13.在本公开的一个实施例中，所述多个电芯模组中电芯模组的个数至少为2。
14.在本公开的一个实施例中，所述若干电芯1.8中相邻的两电芯之间还设置有一块延伸至电芯侧边的导热铝板1.7，所述导热铝板1.7与电芯1.8之间涂有导热硅胶。
15.在本公开的一个实施例中，所述电芯采用锂离子电芯；所述导热铝板1.7的侧边通过风扇形成的空气流动将电芯产生的热散出去。
16.在本公开的一个实施例中，所述bms端板盒3固定于所述模组支架5的一端，至少包括bms总成和电池包正负极连接口。
17.在本公开的一个实施例中，所述bms端板盒3通过所述电池包正负极连接口连接于电芯模组中的电池总极汇流排1.5。
18.在本公开的一个实施例中，所述bms端板盒3通过所述电池包正负极连接口连接于无人机正负极接口。
19.在本公开的一个实施例中，所述风扇端板盒4固定于所述模组支架5相对于所述bms端板盒3的另一端，至少包括散热风扇，并留有用以设置电芯模组中模组汇流排1.4所需的空间。
20.在本公开的一个实施例中，所述bms端板盒3和所述风扇端板盒4均通过螺丝与所述模组支架5固定连接。
21.在本公开的一个实施例中，所述风扇端板盒(4)内置的散热风扇能够根据bms监控的电芯温度，智能开启和关闭。
22.在本公开的一个实施例中，所述模组支架5包括若干螺栓、内侧限位角钢5.2、底部横筋架5.3、外侧限位角钢5.4、连接杆5.5和顶部横筋架5.6，其中：所述内侧限位角钢5.2通过螺栓固定连接在底部横筋架5.3和顶部横筋架5.6上，所述外侧限位角钢5.4通过螺栓固定连接在底部横筋架5.3和顶部横筋架5.6上，所述连接杆5.5将所述底部横筋架5.3与所述顶部横筋架5.6通过螺栓固定连接。
23.在本公开的一个实施例中，所述底部横筋架5.3通过所述外侧限位角钢5.4与所述内侧限位角钢5.2采用螺栓固定构成底部模组支撑结构；所述顶部横筋架5.6通过所述外侧限位角钢5.4与所述内侧限位角钢5.2采用螺栓固定构成顶部模组固定结构。
24.在本公开的一个实施例中，所述内侧限位角钢5.2与所述外侧限位角钢5.4上均设有槽口减重孔；所述底部横筋架5.3两端设有与无人机电池仓对应的安装孔。
25.在本公开的一个实施例中，所述bms端板盒3通过所述内侧限位角钢5.2和所述外侧限位角钢5.4连接于所述风扇端板盒4，以实现对所述多个电芯模组在前后方向上的限位。
26.在本公开的一个实施例中，所述内侧限位角钢5.2通过所述底部横筋架5.3和所述
顶部横筋架5.6连接于所述外侧限位角钢5.4，以实现对所述多个电芯模组在左右和上下方向上的限位。
27.在本公开的一个实施例中，所述模组支架5通过长螺栓与无人机安装座固定连接。
28.在本公开的一个实施例中，所述无人机电池包结构还包括：模蜂窝铝板6，通过螺栓固定于所述模组支架5的四周。
29.在本公开的一个实施例中，还提供了一种无人机，包括上述的无人机电池包结构。
30.(三)有益效果
31.采用上述技术方案，本公开具有如下有益效果：
32.1.本公开提供的无人机电池包结构及无人机，串联或并联连接的多个电芯模组通过限位方式固定于所述模组支架5的容置空间内，降低了研发和生产费用，降低产品成本。
33.2.本公开提供的无人机电池包结构及无人机，模组支架所使用的钣金件采用了减重设计，降低了电池包结构的重量。
34.3.本公开提供的无人机电池包结构及无人机，采用扎带1.1捆绑若干电芯，相邻的两电芯之间设置有一块延伸至电芯侧边的导热铝板1.7，导热铝板1.7与电芯之间涂有导热硅胶，使得电芯与导热铝板1.7之间接触充分，具有良好的热传导，进而使得电芯表面热量分布均匀，且导热铝板1.7延伸至电芯侧边，使得其散热面积大大增加，再通过风扇的作用，实现了良好的散热效果，大大增加产品的稳定性和使用寿命。
35.4.本公开提供的无人机电池包结构及无人机，其电芯底部配有ptc加热膜，当电芯开始工作前，检测电芯表面温度，当温度低于预警值时，开启ptc加热功能，加热至预定温度值后，关闭加热功能，增加了无人机在高空低温环境下的应用场景。
36.5.本公开提供的无人机电池包结构及无人机，采用的风扇散热方式，其风扇控制策略是通过bms监控温度智能开启和停止，既能及时降低电池包温度又可以在温度降低后停止运行减少电池包的功耗，节能减排。
37.6.在本公开提供的无人机电池包结构及无人机，其模组支架四周固定的蜂窝铝板，可以有效得减轻电池包在无人机飞行过程中发生意外碰撞时对电芯模组的损坏，同时采用蜂窝结构以及铝材，减轻了电池包的重量。
38.7.本公开提供的无人机电池包结构及无人机，bms端板盒、风扇端板盒和模组支架通过螺栓进行固定连接，简化了生产安装工艺，有效地提高了产能和效率。
39.8.相较于业内的无人机电池包结构及无人机，本公开提供的无人机电池包结构具有安装简便，重量更轻，散热面积更大，成本更低，电芯尺寸兼容性更高的特点，主要用于无人机大电量电池包结构。
附图说明
40.图1是依照本公开实施例的无人机电池包结构的立体图；
41.图2是依照本公开实施例的无人机电池包结构的结构示意图；
42.图3是依照本公开实施例的无人机电池包结构中电芯模组的结构示意图；
43.图4是依照本公开实施例的无人机电池包结构的模组支架中底部横筋架的结构示意图；
44.图5是依照本公开实施例的无人机电池包结构的模组支架中顶部横筋架的结构示
意图；
45.图6是依照本公开实施例的无人机电池包结构的模组支架中连接杆的结构示意图；
46.图7是依照本公开实施例的无人机电池包结构的模组支架中外侧限位角钢的结构示意图；
47.图8是依照本公开实施例的无人机电池包结构的模组支架中内侧限位角钢的结构示意图；
48.图9是依照本公开实施例的无人机电池包结构中蜂窝铝板的结构示意图。
49.附图标记：
50.1、第一电芯模组；2、第二电芯模组；3、bms端板盒；4、风扇端板盒；5、模组支架；6、蜂窝铝板；
51.1.1、扎带；1.2、绝缘板；1.3、汇流排；1.4、模组汇流排；1.5、电池总极汇流排；1.6、串联板；1.7、导热铝板；1.8、电芯；1.9、ptc加热膜；
52.5.1、螺栓；5.2、内侧限位角钢；5.3、底部横筋架；5.4、外侧限位角钢；5.5、连接杆；5.6、顶部横筋架；5.7、焊接螺母；6.1、蜂窝铝板a；6.2、蜂窝铝板b。
具体实施方式
53.为使本公开的目的、技术方案和优点更加清楚明白，以下结合具体实施例，并参照附图，对本公开进一步详细说明。
54.需要说明的是，在附图或说明书正文中，未绘示或描述的实现方式，均为所属技术领域中普通技术人员所知的形式，并未进行详细说明。此外，上述对各元件和方法的定义并不仅限于实施例中提到的各种具体结构、形状或方式，本领域普通技术人员可对其进行简单地更改或替换。
55.还需要说明的是，下面详细描述本公开的实施例，所述实施例的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，仅用于解释本公开，而不能理解为对本公开的限制。
56.在本公开的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“长度”、“宽度”、“厚度”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”、“顺时针”、“逆时针”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公开和简化描述，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公开的限制。此外，术语“第一”、“第二”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”的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个所述特征。在本公开的描述中，“多个”的含义是两个或两个以上，除非另有明确具体的限定。
57.在本公开的描述中，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或两个元件的相互作用关系。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本公
开中的具体含义。
58.在本公开的描述中，除非另有明确的规定和限定，第一特征在第二特征之“上”或之“下”可以包括第一和第二特征直接接触，也可以包括第一和第二特征不是直接接触而是通过它们之间的另外的特征接触。而且，第一特征在第二特征“之上”、“上方”和“上面”包括第一特征在第二特征正上方和斜上方，或仅仅表示第一特征水平高度高于第二特征。第一特征在第二特征“之下”、“下方”和“下面”包括第一特征在第二特征正下方和斜下方，或仅仅表示第一特征水平高度小于第二特征。
59.下文的公开提供了许多不同的实施例或例子用来实现本公开的不同结构。为了简化本公开的公开，下文中对特定例子的部件和设置进行描述。当然，它们仅仅为示例，并且目的不在于限制本公开。此外，本公开可以在不同例子中重复参考数字和/或参考字母，这种重复是为了简化和清楚的目的，其本身不指示所讨论各种实施例和/或设置之间的关系。此外，本公开提供了的各种特定的工艺和材料的例子，但是本领域普通技术人员可以意识到其他工艺的应用和/或其他材料的使用。
60.在本公开的一个实施例中，本公开提供的无人机电池包结构，包括：串联或并联连接的多个电芯模组、电池管理系统(bms)端板盒、风扇端板盒和模组支架。其中，bms端板盒固定于模组支架；风扇端板盒固定于模组支架，模组支架具有一容置空间，串联或并联连接的多个电芯模组通过限位方式固定于模组支架的容置空间内。
61.在本公开的一个实施例中，是以无人机电池包结构包括两个电芯模组为例，如图1和图2所示，无人机电池包结构包括串联连接的第一电芯模组1和第二电芯模组2，在实际应用中并不限于此，电芯模组的个数至少可以为2。
62.如图1和图2所示，无人机电池包结构还包括：模组支架5，具有一容置空间，串联连接的第一电芯模组1和第二电芯模组2通过限位方式固定于所述模组支架5的容置空间内。本公开通过将串联连接的第一电芯模组1和第二电芯模组2通过限位方式固定于所述模组支架5的容置空间内，降低了研发和生产费用，降低了产品成本。
63.如图1和图2所示，无人机电池包结构还包括：bms端板盒3和风扇端板盒4，在本公开的一个实施例中，bms端板盒3固定于所述模组支架5的前端，风扇端板盒4固定于所述模组支架5的后端。
64.在本公开的一个实施例中，如图3所示，所述多个电芯模组中的每一个电芯模组在结构上相似，均包括：若干电芯1.8；捆绑电芯的扎带1.1；模组四周和上下的绝缘板1.2；电芯底部的ptc加热膜1.9；若干汇流排1.3；模组汇流排1.4；电池总极汇流排1.5；电芯串联板1.6；以及绝缘防火填充材料，填充于电芯串联板1.6与上绝缘板之间。
65.其中，所述扎带1.1将所述若干电芯1.8捆绑在一起。所述绝缘板1.2设置于所述若干电芯1.8周围，包括电芯模组的四周和上下均采用绝缘板1.2进行绝缘保护，在电芯模组四周采用扎带1.1进行多个电芯1.8之间的固定。所述ptc加热膜1.9设置于所述若干电芯1.8的底部与所述绝缘板1.2之间。所述模组汇流排1.4设置于电芯1.8之上，用以将多个电芯模组串联。所述电池总极汇流排1.5分别固定于电芯模组的总正极与总负极，并延伸出电芯模组；所述电芯串联板1.6位于所述若干电芯的上表面，所述汇流排1.3焊接在所述电芯串联板1.6上，所述若干电芯1.8的极耳焊接在所述汇流排1.3上，使得所述若干电芯1.8完成串并联。
66.在本公开的一个实施例中，所述电芯底部的ptc加热膜1.9在电芯开始工作前，检测电芯表面温度，当温度低于预警值时，开启ptc加热功能，加热至预定温度值后，关闭加热功能。
67.详细而言，请参照图3所示，在电芯模组四周采用扎带1.1进行电芯1.8之间的固定，电芯1.8上方设置电芯串联板1.6，电芯串联板1.6上方对应孔位焊接汇流排1.3，电芯1.8的极耳插过孔位与汇流排1.3接触，并通过激光焊等焊接方式焊接于汇流排1.3上，电芯串联板1.6与上绝缘板之间填充绝缘防火材料，对电路进行保护。尾部通过模组汇流排1.4将第一电芯模组1与第二电芯模组2串联起来。前部延伸出电池总极汇流排1.5至bms端板盒3内，与bms端板盒3内连接，而后由bms端板盒3通过线束与无人机插线连接。
68.在本公开的一个实施例中，所述若干电芯中相邻的两电芯之间还设置有一块延伸至电芯侧边的导热铝板1.7，如图3所示，所述导热铝板1.7与电芯之间涂有导热硅胶。电芯与导热铝板1.7之间接触充分，具有良好的热传导，使得电芯表面热量分布均匀，且导热铝板1.7延伸至电芯侧边，使得其散热面积大大增加，再通过风扇形成空气流动，对电芯进行散热，实现了良好的散热效果，大大增加产品的稳定性和使用寿命。
69.在本公开的一个实施例中，所述电芯1.8采用锂离子电芯，所述导热铝板1.7的侧边通过风扇形成的空气流动将电芯产生的热散发出去。
70.在本公开的一个实施例中，所述bms端板盒3固定于所述模组支架5的一端，例如前端，至少包括bms总成和电池包正负极连接口，bms端板盒3还可以包括相关电子元器件。
71.在本公开的一个实施例中，所述bms端板盒3通过所述电池包正负极连接口连接于电芯模组中的电池总极汇流排1.5。
72.在本公开的一个实施例中，所述bms端板盒3通过所述电池包正负极连接口连接于无人机正负极接口。
73.在本公开的一个实施例中，所述风扇端板盒4固定于所述模组支架5相对于所述bms端板盒3的另一端，例如后端，至少包括散热风扇，并留有用以设置电芯模组中模组汇流排1.4所需的空间，风扇端板盒4还可以包括相关电子元器件。
74.在本公开的一个实施例中，所述bms端板盒3和所述风扇端板盒4均通过螺丝与所述模组支架5固定连接。bms端板盒3、风扇端板盒4和模组支架5通过螺栓进行固定连接，简化了生产安装工艺，有效地提高了产能和效率。
75.在本公开的一个实施例中，所述风扇端板盒4内置的散热风扇能够根据bms监控的电芯温度，智能开启和关闭。
76.在本公开的一个实施例中，所述风扇端板盒4内置的散热风扇根据bms监控的电芯温度，当温度达到预警温度时开启风扇，对电池包进行主动散热，当温度降低至安全温度时，关闭风扇，达到降低功耗的目的。
77.在本公开的一个实施例中，如图2所示，所述模组支架5包括若干螺栓、内侧限位角钢5.2、底部横筋架5.3、外侧限位角钢5.4、连接杆5.5和顶部横筋架5.6。其中，所述内侧限位角钢5.2通过螺栓固定连接在底部横筋架5.3和顶部横筋架5.6上，所述外侧限位角钢5.4通过螺栓固定连接在底部横筋架5.3和顶部横筋架5.6上，所述连接杆5.5将所述底部横筋架5.3与所述顶部横筋架5.6通过螺栓固定连接。
78.可选地，在实际应用中，模组支架5可以使用的钣金件来实现，且该钣金件采用了
减重设计，可以有效地降低电池包结构的重量。
79.在本公开的一个实施例中，底部横筋架如图4所示，外侧限位角钢如图7所示，内侧限位角钢如图8所示，底部横筋架5.3通过外侧限位角钢5.4与内侧限位角钢5.2用螺栓固定组成底部模组支撑结构。顶部横筋架如图5所示，顶部横筋架5.6通过外侧限位角钢5.4与内侧限位角钢5.2用螺栓固定组成顶部模组固定结构。连接杆如图6所示，底部模组支撑结构与顶部模组固定结构通过连接杆5.5用螺栓连接起来，组成模组支架5。
80.在本公开的一个实施例中，如图4所示，模组支架5的底部横筋架5.3两端设有与无人机电池仓对应的安装孔，该安装孔可以为螺栓孔，用于电池包的安装固定。
81.在本公开的一个实施例中，如图7和图8所示，内侧限位角钢5.2与所述外侧限位角钢5.4上均设有槽口减重孔。
82.在本公开的一个实施例中，如图9所示，所述无人机电池包结构还包括蜂窝铝板6，所述蜂窝铝板6上设有螺栓孔，用于a型和b型的连接，然后固定于模组支架5的四周，以对模组支架内的电池模组起到保护作用。
83.在本公开的一个实施例中，所述bms端板盒3通过所述内侧限位角钢5.2和所述外侧限位角钢5.4连接于所述风扇端板盒4，以实现对所述多个电芯模组在前后方向上的限位。
84.在本公开的一个实施例中，所述内侧限位角钢5.2通过所述底部横筋架5.3和所述顶部横筋架5.6连接于所述外侧限位角钢5.4，以实现对所述多个电芯模组在左右和上下方向上的限位。
85.在本公开的一个实施例中，所述模组支架5通过长螺栓与无人机安装座固定连接。
86.根据本公开实施例的无人机电池包结构可以应用于各种无人机，该无人机可以包括上述本公开实施例的无人机电池包结构。
87.至此，已经结合附图对本公开实施例进行了详细描述。
88.在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“某些实施例”、“示意性实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合所述实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本公开的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不一定指的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任何的一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。
89.以上所述的具体实施例，对本公开的目的、技术方案和有益效果进行了进一步详细说明，所应理解的是，以上所述仅为本公开的具体实施例而已，并不用于限制本公开，凡在本公开的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本公开的保护范围之内。