一种高功率微混电源系统的制作方法

1.本发明涉及锂离子启停电源技术领域，尤其涉及一种高功率微混电源系统。


背景技术：

2.近年来，我国汽车行业得到飞速发展，国内汽车保有量也不断提升，国家出台了多项汽车节能的相关法律法规，并明确规定2020年乘用车的平均油耗降低至5l/100km的目标限制，因此装载启停电源成为主机厂降低油耗的有效手段之一。
3.有资料显示，传统的铅酸电池不能满足连续高倍率充放电和循环寿命等要求，锂离子启停电池系统成了发展趋势。目前，专门针对锂离子启停的集成技术研究还较少，一些企业或高校研究室使用将锂电池组成模块后安装在启停电池系统壳体内，其体积和重量都比较大、安装工艺复杂，且模块和壳体间通过空气实现热交换，大大降低了产品的性能，体现不出其优越性。
4.中国专利文献cn108232079a公开了一种“软包锂离子启停电池系统”。包括电气模块和电池模块；其中，所述电池模块包括载体、软包电芯、散热铝片、铝型材外壳和底板，散热铝片设置于软包电芯之间及外部，载体上设有插孔铜排；所述电气模块由塑料顶盖、电子零件、插针铜排和防水橡胶垫构成，塑料顶盖上设有正、负极输出端子和通讯接插件；所述插针铜排与插孔铜排为配合的对插连接。上述技术方案系统复杂，零件较多，集成度不高，空间利用率低。


技术实现要素：

5.本发明主要解决原有的技术方案系统复杂，零件较多，集成度不高，空间利用率低的技术问题，提供一种高功率微混电源系统，通过高度的功能集成使与之配合的各零件复杂程度降低，增加整体可靠性，采用产品简单的固定方式，减小产品体积，降低产品复杂性，采用快插式铜排连接方式减少裸露铜排面积，降低安全隐患，同时增加对电芯的状态监测，增加对电芯的保护，主动管理电芯，减少由电芯失效引发的事故，延长电芯使用寿命，提升产品质量。
6.本发明的上述技术问题主要是通过下述技术方案得以解决的：本发明包括下壳体组件和上盖组件，所述下壳体组件和上盖组件固定连接，所述下壳体组件包括下壳体、电芯组件、极耳支架、fpc，所述上盖组件包括上盖、bms板、内部转接铜排和电路控制件。
7.作为优选，所述的下壳体包括底板和与底板焊接的挤铝壳，所述底板周围设有焊道，下壳体上设有c型孔、格栅和固定台，下壳体表面设有绝缘膜。下壳体由挤铝壳、底板板焊接而成，周围的焊道，焊接后进行气密检，气密合格后进行电泳或阳极氧化等表面处理使之形成绝缘膜，整个下壳体内外表面能够耐高压击穿，由此形成的空腔，可放置电芯组件。件由挤铝成型工艺一次性挤出，不需要后续再次加工，挤铝壳四角挤出的c型通孔用于安装规定上盖组件的自攻螺栓，c型孔的优点在于随着挤铝壳一次挤出，不需要后续加工，如常用的o型孔则需要机加工制作，另外c型孔特征也可用于转运时装夹或安装提手。挤铝壳两
侧的格栅，一方面可以增加散热面积，另一方面可以增加电源系统机械强度。挤铝壳两侧的凸台，用于压块锁住固定电源系统。
8.作为优选，所述的电芯组件包括间隔堆叠的泡棉和电芯，所述间隔堆叠的泡棉和电芯两端设有用于保护的插入板，所述插入板上设有配合孔。两侧用插入板保护，中间为泡棉和电芯间隔堆叠。插入板上的孔用于与极耳支架上的卡扣配合，插入板的另一个作用是隔热，使两端的电芯最外侧不与铝壳有热交换，保证和其他电芯一样在两侧和底部散热，从而实现热均衡；泡棉起缓冲作用，应对电芯的膨胀和收缩。
9.作为优选，所述的极耳支架包括塑胶本体和汇流排，所述汇流排上设有圆柱端子，汇流排通过铜排定位柱与塑胶本体固定连接，所述圆柱端子内部嵌入弹性铜片。本部分重点阐述的是零件、特征集成配合方式的设计，如汇流排端子的集成，使上盖组件直接安装到下壳体组件，两个pin针与两个端子插接，无需螺栓连接，圆柱端子里的弹性铜片能保证良好的接触。如特征导向孔，保证温度传感器直接接触电芯本体，能更准确的采集电芯温度。其中特征的形状、数量的变化等，均为本专利保护范围。
10.作为优选，所述的极耳支架上设有用于固定fpc的蘑菇头卡扣，ntc导向孔，极耳支架侧面设有卡扣，所述卡扣与配合孔以固定极耳支架。温度采集传感器ntc导向孔，保证温度传感器直接接触电芯本体，能更准确的采集电芯温度；卡扣，与插入板上的孔配合，固定极耳支架，保证高压pin针和低压插件连接的可靠性，能有效防止电芯极耳断裂的可能。
11.作为优选，所述的fpc包括通讯插件和温度采集传感器ntc，所述fpc通过通讯插件与bms板相连。其主要功能是采集电芯的电压、电流、温度等数据
12.作为优选，所述的bms板上设有负极高压pin针和低压pin针，所述负极高压pin针与圆柱端子相连，还设有与fpc相连的通讯接插件。称为电池管理系统，集成了采集电芯状态信息、控制电路通断、保护电池过充、过放、过温，及时通讯、报警等功能。
13.作为优选，所述的内部转接铜排上设有正极高压pin针，内部转接铜排上通过正极高压pin针与圆柱端子相连。圆形端子内部嵌入弹性铜片，使之与pin针始终保持良好接触。
14.作为优选，所述的上盖集成有负极转接铜排、正极转接铜排、低压通讯口和透气口，所述透气口处设有透气膜，上盖与下壳体组件之间设有密封圈。上盖组件的核心一是bms和一整套电气件配合使用，能够做到主动监控和管理电芯、电源系统，及时和整车通讯，大大提高了产品的安全性。二是上盖的功能集成如器件的固定均在上盖本体上，内部插件和插件直接对接减少线束的连接，高压铜排、低压通讯口、透气孔全部集成在上盖上而非独立零件，既能缩小了产品的体积、减少泄露的风险，还能大大降低产品成本。上盖的外部形状可因具体要求做调整
15.作为优选，所述的电路控制件包括熔断器和继电器，所述熔断器、继电器与bms板相连，低压pin针与低压通讯口相连。熔断器，过流会自动熔断，起到短路保护的功能。继电器，通过bms控制，会自动闭合或切断主回路。
16.本发明的有益效果是：
17.1.优化bms设计，增加对电芯的状态监测，增加对电芯的保护，主动管理电芯，减少由电芯失效引发的事故，同时也能延长电芯使用寿命，降低着火事故的发生率，提升产品质量。
18.2.正负极转接铜排，以铆接螺柱为紧固方式，以本体铜排接触来过电流，避免了螺
柱作为导体载流不够，影响产品性能，进而引发安全事故的风险。
19.3.增加一些安全性设计来保障产品安全性，如泡棉的使用可缓冲电芯的膨胀和收缩，增加电芯寿命。极耳支架卡扣的设计，可防止极耳支架上下活动，保证高压pin针和低压插件连接的可靠性，同时能有效防止电芯极耳断裂的可能。
20.4.下壳体先由供应商焊接成型，做表面绝缘处理，再发到产线组装即可，一方面减少组装工序，降低组装自动化设备的复杂程度，另一方面减少放入电芯后再焊接产生的风险，如焊参数或者位置控制不好，容易损坏电芯。另外壳体的绝缘处理内部可以保护电芯，外部可以保护使用者。高效性和安全性都比现有设计更好。
21.5.电动汽车在碰撞后电池系统易着火，大多是因为电源系统壳体变形导致内部短路，如果把铜排的螺栓连接方式换成快插式的，可减少裸露铜排面积，从而降低短路触电风险，同时低压插件的直接对插，减少线束使用同样可减少短路风险，因此本发明比现有方案更具安全性。
22.6.高度的功能集成使与之配合的各零件复杂程度降低，减小产品体积，降低产品复杂性，整体可靠性增加，降低成本。如上盖的功能集成如器件的固定均在上盖本体上，内部插件和插件直接对接减少线束的连接，高压铜排、低压通讯口、透气孔全部集成在上盖上而非独立零件，既能缩小了产品的体积、减少泄露的风险，还能大大降低产品成本。如挤铝壳上所携带的特征，c型孔、格栅、固定凸台均设计成与挤铝壳一起成型，不需要额外加工。
附图说明
23.图1是本发明的一种立体结构示意图。
24.图2是本发明的一种下壳体组件爆炸图。
25.图3是本发明的一种上盖组件爆炸图。
26.图4是本发明的一种下壳体爆炸图。
27.图5是本发明的一种电芯组件爆炸图。
28.图6是本发明的一种极耳支架爆炸图。
29.图7是本发明的一种上盖组件和下壳体组件连接剖面图。
30.图8是本发明的一种电气控制原理图。
31.图中1下壳体组件，2上盖组件，3下壳体，3.1焊道，3.2底板，3.3挤铝壳，3.4c型孔，3.5格栅，3.6固定台，4电芯组件，4.1插入板，4.2泡棉，4.3电芯，4.4配合孔，5极耳支架，5.1圆柱端子，5.2正、负极铜排，5.3蘑菇头卡扣，5.4ntc导向孔，5.5铜排定位柱，5.6卡扣，6fpc，6.1通讯插件，6.2温度采集传感器ntc，7bms板，7.1负极高压pin针，7.2通讯接插件，7.3低压pin针，8内部转接铜排，8.1正极高压pin针，9熔断器，10继电器，11密封圈，12上盖，12.1负极转接铜排，12.2低压通讯口，12.3正极转接铜排，12.4透气口，13透气膜。
具体实施方式
32.下面通过实施例，并结合附图，对本发明的技术方案作进一步具体的说明。
33.实施例：本实施例的一种高功率微混电源系统，如图1、图2、图3所示，包括下壳体组件1和上盖组件2，所述下壳体组件1和上盖组件2固定连接，所述下壳体组件1包括下壳体3、电芯组件4、极耳支架5、fpc6，所述上盖组件2包括上盖12、bms板7、内部转接铜排8和电路
控制件。
34.件3下壳体如图4所示：
35.1.1下壳体由件3.3挤铝壳、件3.2底板板焊接而成，件3.1为留在件3.2周围的焊道，焊接后进行气密检，气密合格后进行电泳或阳极氧化等表面处理使之形成绝缘膜，整个下壳体内外表面能够耐高压击穿，由此形成的空腔，可放置电芯组件。件3.3由挤铝成型工艺一次性挤出，不需要后续再次加工，特征3.4为挤铝壳四角挤出的c型通孔，用于安装规定上盖组件的自攻螺栓，c型孔的优点在于随着挤铝壳一次挤出，不需要后续加工，如常用的o型孔则需要机加工制作，另外c型孔特征也可用于转运时装夹或安装提手。特征3.5为挤铝壳两侧的格栅，一方面可以增加散热面积，另一方面可以增加电源系统机械强度。特征36为挤铝壳两侧的凸台，用于压块锁住固定电源系统。
36.1.2本部分重点阐述的是件3.3挤铝壳上所携带的特征，均设计成与挤铝壳一起成型，不需要额外加工，属于功能的集成，其中格栅根据散热和机械强度要求可以增加或减少，可以改变形状，可以在另外两个面上增加；c型孔可以直接使用自攻丝，也可以先攻螺纹再使用螺栓；特征36用于固定电源系统，本专利不约束其具体形状。以上情况没有脱离本专利本质，均为本专利保护范围。
37.件4电芯组件如图5所示：
38.两侧用件4.1插入板保护，中间为件4.2泡棉和件4.3电芯间隔堆叠。件4.1插入板上的特征4.4孔用于与件5极耳支架上的特征5.6卡扣配合，插入板的另一个作用是隔热，使两端的电芯最外侧不与铝壳有热交换，保证和其他电芯一样在两侧和底部散热，从而实现热均衡；泡棉起缓冲作用，应对电芯的膨胀和收缩。
39.本部分重点阐述的是插入板的设计，第一个作用是保护电芯，装配时夹具与两侧插入板接触，压缩电芯组件以保证足够小的尺寸放入下壳体，第二个作用是插入板上开孔作为极耳支架卡扣的固定点，第三个作用是隔热，防止最外侧电芯侧面与铝壳热交换导致温度不均衡。结合泡棉弹性、电芯膨胀量和膨胀力等性能，可以每包电芯或每两包电芯或者更多包电芯间放置一片泡棉，泡棉仅需均匀布置在电芯之间，不需要限制为方形或者一整片。
40.件5极耳支架如图6所示：
41.3.1件5.1圆形端子内部嵌入弹性铜片，使之与件7.1和件8.1pin针始终保持良好接触；
42.3.2件5.2汇流排根据件5.1外径进行冲压制作，然后把件5.1压入其中；
43.3.3一正一负汇流排组件通过特征5.5定位柱放置在塑胶本体上，然后热铆压特征5.5，使之固定住汇流排组件，形成整个极耳支架。
44.3.4支架上集成了特征5.3蘑菇头卡扣，用于固定件6fpc；和特征5.4，温度采集传感器ntc导向孔，保证温度传感器直接接触电芯本体，能更准确的采集电芯温度；特征5.6为卡扣，与插入板上的特征4.4孔配合，固定极耳支架，保证高压pin针和低压插件连接的可靠性，能有效防止电芯极耳断裂的可能。
45.本部分重点阐述的是零件、特征集成配合方式的设计，如汇流排端子的集成，使上盖组件直接安装到下壳体组件，两个pin针与两个端子插接，无需螺栓连接，圆柱端子里的弹性铜片能保证良好的接触。如特征导向孔，保证温度传感器直接接触电芯本体，能更准确
的采集电芯温度。其中特征的形状、数量的变化等，均为本专利保护范围。
46.件6fpc：其主要功能是采集电芯的电压、电流、温度等数据，其中6.1为输出插件，与件7上的插件7.2相连，6.2为温度采集传感器ntc，此专利描述方案中布置两个温度传感器，但数量的变化不超出本专利保护范围。
47.件7bms板：
48.称为电池管理系统，集成了采集电芯状态信息、控制电路通断、保护电池过充、过放、过温，及时通讯、报警等功能，其集成的分流器上铆接件71负极高压pin针，装配后与极耳支架负极汇流排圆柱端子相连，件72为通讯接插件，装配后与fpc上61输出插件相连，件73为低压pin针，装配后插入件12上盖特征122低压通讯口内，会与整车插件相连，进行低压通讯。电气控制原理图如图8所示。
49.件8为内部转接铜排，其上铆接8.1正极高压pin针。
50.件9为熔断器，过流会自动熔断，起到短路保护的功能。
51.件10为继电器，通过bms控制，会自动闭合或切断主回路。
52.件11为密封圈，固定在上盖四周，在上盖组件装配到下壳体组件时起密封作用。
53.件12为上盖如图7所示，注塑成型，集成了12.1负极转接铜排、12.3正极转接铜排，12.2低压通讯口、12.4透气口，及一些定位销和固定其他零件的螺柱。其中12.1、12.3把电流从上盖内部转到电源系统外部，其上铆接的螺柱用于固定外部连接的铜鼻子等对手件。
54.件13透气膜，直接贴在上盖透气口处，用于平衡包内外压力。
55.上盖组件的核心一是bms和一整套电气件配合使用，能够做到主动监控和管理电芯、电源系统，及时和整车通讯，大大提高了产品的安全性。二是上盖的功能集成如器件的固定均在上盖本体上，内部插件和插件直接对接减少线束的连接，高压铜排、低压通讯口、透气孔全部集成在上盖上而非独立零件，既能缩小了产品的体积、减少泄露的风险，还能大大降低产品成本。上盖的外部形状可因具体要求做调整，内部各种零件集成方式属于本专利核心，均为本专利保护范围。
56.组装过程：
57.1.下壳体组件组装
58.件3口朝上正放，注入适量的导热胶用于填充间隙，然后组件4压紧后放入，泡棉膨胀，组件4被固定在件3内，电芯侧壁贴近铝壳侧壁，导热胶固化后电芯把热量传到铝壳上，由格栅表面与外界热交换。因预留间隙减小，注入导热胶量不需要太多，导热胶的固话不影响电芯的“自由呼吸”；
59.件5极耳转换支架通过工装穿过极耳，其上的卡扣特征与电芯组件插入板上的孔配合固定极耳支架，利用工装压平极耳并焊接到汇流排上，电压和电流便通过汇流排转到圆形端子处，端子与件7.1和件8.1pin针配合把电流转入件7和件8；
60.件6fpc上开有圆孔特征通过件5上的蘑菇头固定，fpc上的温度采集传感器ntc通过导向孔插入，与电芯本体接触，利用导热胶固化固定或在ntc上单独涂胶固定；
61.2.上盖组件组装
62.件12上盖内部口朝上放置，把件11密封圈嵌入安装槽中，依次把件10继电器、件8内部转接铜排、件9熔断器放置在上盖预埋螺栓上，用螺母紧固，
63.然后安装件7bms板。其中7.3低压pin针插入上盖特征12.2内，课与外界相连通讯。
64.3.整包组装
65.下壳体组件朝上放置，上盖翻转后，从铝壳上方往下移动安装，首先上盖组件通过上盖上嵌入的定位销与下壳体组件中件5上的定位孔配合定位，然后再往下移动，件7和件8上的pin针7.1、8.1插入件5上的端子中，然后再往下移动，件7上的件72通讯插件与件6上的件6.1通讯插件对插，最后压装到位后，用螺栓或自攻丝通过四角的c型孔固定上盖，密封圈被压缩至限位处来密封电源系统。
66.放电时：电流从电芯正极出发，流经件5上的正极铜排至端子，然后传递到件8.1正极高压pin针，依次流经件8内部转接铜排、件9熔断器、件10继电器，然后由件12.3正极转接铜排电源系统内侧流到电源系统外侧总正端，流入外接负载再流出，然后电流由负极从件12.1负极转接铜排电源系统外侧流到电源系统内侧，然后流经bms板上的分流器，到达件7.1负极高压pin针，然后传递到件5上的端子流入负极铜排到电芯负极，形成回路。
67.本文中所描述的具体实施例仅仅是对本发明精神作举例说明。本发明所属技术领域的技术人员可以对所描述的具体实施例做各种各样的修改或补充或采用类似的方式替代，但并不会偏离本发明的精神或者超越所附权利要求书所定义的范围。
68.尽管本文较多地使用了下壳体组件、上盖组件等术语，但并不排除使用其它术语的可能性。使用这些术语仅仅是为了更方便地描述和解释本发明的本质；把它们解释成任何一种附加的限制都是与本发明精神相违背的。