CN114094207A - 电池包断路保护单元、电动汽车 - Google Patents

电池包断路保护单元、电动汽车 Download PDF

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Abstract

本发明属于新能源汽车技术领域，尤其涉及一种电池包断路保护单元、电动汽车。其中，电池包断路保护单元，包括壳体、断路保护部件、导电排和绝缘冷却介质，壳体形成有相互密封隔离的第一空间和第二空间，断路保护部件集成设置于第一空间内，导电排设置于第二空间内，导电排的正极器件连接端、导电排的负极器件连接端均穿过第一空间与第二空间之间的壳壁，导电排的正极电池连接端、导电排的负极电池连接端均穿出第二空间的壳壁，绝缘冷却介质容纳在第二空间内，导电排与绝缘冷却介质接触换热。应用本发明技术方案解决了现有的小体积的电池包断路保护单元采用空气热传导进行散热导致温升不可控，会有安全隐患的问题。

Description

电池包断路保护单元、电动汽车
技术领域
本发明属于新能源汽车技术领域，尤其涉及一种电池包断路保护单元、电动汽车。
背景技术
电池包断路保护单元(简称BDU，Battery Disconnect Unit)是电动汽车动力电池高压电路系统重要的保护模块，其作用为协调驱动电机控制、DC/DC充电、空调等系统的功能转换和能量配置的功能，另有实现短路过载的快速保护、防漏电保护的功能。
BDU的需求决定了如下几点：
1)体积较小，由于动力电池包络空间大部分由电芯模组和线束等必要部件所支配，故留给BDU的空间较小，因而要求BDU的设计体积也要相应较小；
2)防尘防水防护等级要求高，动力电池整包的防尘防水防护等级要求至少应为IP67(6：完全防止外物及灰尘侵入；7：在深达1米的水中防30分钟的浸泡影响，防止水的浸入)，甚至更高，故BDU的设计要求一般也在IP67及以上。
由于BDU中断路保护部件的性能、外观等参数已固定，外加防护等级、电气安全的要求，作为电流负载的导电排在工作过程中温升需得到有效控制。
现有BDU的导电排散热一般由空气热传导进行，由于防护等级要求，在保证温升的前提下，大多采用增加导电截面积的方法进行温升控制，此类设计会导致一下两种结果：
1)若在空间足够的条件下达到温升控制目的，则导电排的截面积设计需极大；
2)若空间不够，只能按照空间允许的最大截面积进行设计，则导电排温升不可控，如果超过断路保护部件、壳体的温度要求，会有安全风险。
发明内容
本发明的目的在于提供一种电池包断路保护单元、电动汽车，旨在解决现有技术如下技术问题：因动力电池包络空间限制而要求电池包断路保护单元应小体积设计，而现有的小体积的电池包断路保护单元采用空气热传导进行散热导致温升不可控，会有安全隐患。
为实现上述目的，本发明采用的技术方案是：一种电池包断路保护单元，包括壳体、断路保护部件、导电排，断路保护部件用于保护电池组与电气设备之间的电路回路导通工作，导电排包括正极导电排和负极导电排，正极导电排具有正极电池连接端与正极器件连接端，负极导电排具有负极电池连接端与负极器件连接端，正极器件连接端与负极器件连接端分别与断路保护部件的正极端、负极端电性连接，壳体形成有相互密封隔离的第一空间和第二空间，断路保护部件集成设置于第一空间内，导电排设置于第二空间内，正极器件连接端、负极器件连接端均穿过第一空间与第二空间之间的壳壁，正极电池连接端、负极电池连接端均穿出第二空间的壳壁；电池包断路保护单元还包括绝缘冷却介质，绝缘冷却介质容纳在第二空间内，导电排与绝缘冷却介质接触换热。应用本技术方案，利用绝缘冷却介质与导电排接触换热，使导电排能够快速降温散热，并能能够较长时间地确保BDU工作温度维持在安全温度范围内，实现针对BDU散热降温可控，保证BDU的工作安全。
可选地，导电排浸没于绝缘冷却介质中。应用本技术方案，将导电排完全浸没的绝缘冷却介质能够更加全面地与导电排换热使其降温。
可选地，正极导电排具有多片，负极导电排具有多片，多片正极导电排与多片负极导电排依次交替布置。
可选地，每片正极导电排与每片负极导电排均呈U型设置，U型的正极导电排的两个端部为正极器件连接端，U型的负极导电排的两个端部为负极器件连接端，正极电池连接端为搭接在正极导电排上的第一铜片，负极电池连接端为搭接在负极导电排上的第二铜片，第一铜片与第二铜片的自由端均穿出第一空间的壳壁。应用本技术方案，能够进一步增大各个正极导电排、各个负极导电排与绝缘冷却介质的接触面积，更有助于提高散热降温的效率。
可选地，正极导电排具有多片，负极导电排具有多片，壳体具有纵轴面，全部正极导电排与全部负极导电排相对于纵轴面呈对称设置，多个正极导电排间隔布置，多个负极导电排间隔布置，各个正极导电排的第一端为正极器件连接端，各个正极导电排的第二端为正极电池连接端，各个负极导电排的第一端为负极器件连接端，各个负极导电排的第二端为负极电池连接端。应用本技术方案，能够进一步增大各个正极导电排、各个负极导电排与绝缘冷却介质300的接触面积，更有助于提高散热降温的效率。
可选地，各个正极导电排呈L型设置，各个负极导电排呈L型设置。采用本技术方案以方便多片正极导电排之间的布置，以及方便多片负极导电排之间的布置。
可选地，壳体包括底壳和壳盖，底壳设有第一沉槽与第二沉槽，壳盖密封合盖在底壳上，以使第一沉槽形成为第一空间、第二沉槽形成为第二空间，正极电池连接端与负极电池连接端均穿出第二沉槽的槽壁。
可选地，断路保护部件包括通信电路，通信电路设有用于与BMS系统连接的通信接头，通信接头设置在第一沉槽的槽壁上。
可选地，断路保护部件还包括设备插接头，设备插接头设置在第一沉槽的槽壁上。
根据本发明的另一方面，提供了一种电动汽车。具体地，该电动汽车包括锂离子电池组、BMS系统、电气设备和电池包断路保护单元，电池包断路保护单元为前述的电池包断路保护单元，锂离子电池组的正极端、负极端分别与正极电池连接端、负极电池连接端电性连接，BMS系统、电气设备分别与断路保护部件中的相应组成模块电性连接。应用本技术方案，利用绝缘冷却介质与导电排接触换热，使导电排能够快速降温散热，并能能够较长时间地确保BDU工作温度维持在安全温度范围内，实现针对BDU散热降温可控，保证BDU的工作安全，从而确保电动汽车持久地正常工作行驶。
本发明至少具有以下有益效果：
应用本发明提供的电池包断路保护单元对锂离子电池组包络成型的电池包进行保护，应用绝缘冷却介质填充第二空间，与导电排接触换热，利用绝缘冷却介质对导电排进行吸热降温的方式，相比于现有技术采用空气热传导进行散热降温的方式，则散热降温速度更快、降温效果更好，并能能够较长时间地确保BDU工作温度维持在安全温度范围内，实现针对BDU散热降温可控，保证BDU的工作安全。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为本发明第一实施例的电池包断路保护单元在打开壳盖并填充有绝缘冷却介质时的结构示意图；
图2为本发明第一实施例的电池包断路保护单元的底壳中断路保护部件、导电排的装配结构示意图；
图3为本发明第一实施例的电池包断路保护单元的底壳中断路保护部件、导电排的装配结构的主视图；
图4为本发明第二实施例的电池包断路保护单元的底壳中断路保护部件、导电排的装配结构的主视图；
图5为本发明的电池包断路保护单元的电路布线示意图。
其中，图中各附图标记：
10、壳体；11、壳盖；12、底壳；121、第一沉槽；122、第二沉槽；20、断路保护部件；30、导电排；31、正极导电排；311、正极电池连接端；32、负极导电排；321、负极电池连接端；40、通信电路；41、通信接头；100、锂离子电池组；200、纵轴面；300、绝缘冷却介质。
具体实施方式
下面详细描述本发明的实施例，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，旨在用于解释本发明，而不能理解为对本发明的限制。
在本发明的描述中，需要理解的是，术语“长度”、“宽度”、“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，“多个”的含义是两个或两个以上，除非另有明确具体的限定。
在本发明中，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”、“固定”等术语应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或成一体；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发明中的具体含义。
如图1至图3所示，本发明第一实施例提供了一种电池包断路保护单元(BDU)，其包括壳体10、断路保护部件20、导电排30和绝缘冷却介质300，其中，导电排30包括正极导电排31和负极导电排32，正极导电排31具有正极电池连接端311与正极器件连接端(未图示)，负极导电排32具有负极电池连接端321与负极器件连接端(未图示)，壳体10形成有相互密封隔离的第一空间和第二空间。装配时，正极器件连接端与负极器件连接端分别与断路保护部件20的正极端、负极端电性连接，断路保护部件20集成设置于第一空间内，导电排30设置于第二空间内，正极器件连接端、负极器件连接端均穿过第一空间与第二空间之间的壳壁，正极电池连接端311、负极电池连接端321均穿出第二空间的壳壁，BDU在工作的过程中，高压电流导通，电流工作产生热量主要集中与导电排30以向外辐射散热，在本实施例中，绝缘冷却介质300容纳在第二空间内，导电排30与绝缘冷却介质300接触换热(此时，绝缘冷却介质300可以不充满第二空间，也可以充满第二空间)。此时电流工作产生的热量传递到绝缘冷却介质300中实现散热降温，并且，断路保护部件20包括了继电器、熔断器等，断路保护部件20用于保护锂离子电池组100与电气设备(未图示)之间的电路回路导通工作。
应用本发明提供的电池包断路保护单元对锂离子电池组100包络成型的电池包进行保护，应用绝缘冷却介质300容纳于第二空间，与导电排30接触换热，在导电排30满了电流工作所要求截面积参数的基础上，能够有效减小导电排30的截面积参数设计，既降低了生产成本，也实现了BDU整体的小型化设计体积，更好地适应有限的电池包包络空间进行装配，并且，利用绝缘冷却介质300对导电排30进行吸热降温的方式，相比于现有技术采用空气热传导进行散热降温的方式，则散热降温速度更快、降温效果更好，并能能够较长时间地确保BDU工作温度维持在安全温度范围内，实现针对BDU散热降温可控，保证BDU的工作安全。
本发明采用的绝缘冷却介质300优选为氟化液(市场上可选购3M公司生产的型号为NOVEC的氟化液)，也可以采用导热硅胶。
优选地，本实施例的电池包断路保护单元的导电排30浸没在绝缘冷却介质300中，正极导电排31与负极导电排32之间不再出现电弧、爬电等效应，因而可以尽可能地减小正极导电排31与负极导电排32之间的间隔布置距离，从而能够充分地缩小壳体10的设计体积，使得BDU整体设计体积减小，更好地适应有限的电池包包络空间进行装配。
在第一实施例中，正极导电排31具有多片，负极导电排32具有多片，对正极导电排31和负极导电排32进行装配布置时，则多片正极导电排31与多片负极导电排32依次交替布置。如图3所示，每片正极导电排31与每片负极导电排32均呈U型设置，U型的正极导电排31的两个端部为正极器件连接端，U型的负极导电排32的两个端部为负极器件连接端，正极电池连接端311为搭接在正极导电排31上的第一铜片，负极电池连接端321为搭接在负极导电排32上的第二铜片，第一铜片与第二铜片的自由端均穿出第一空间的壳壁。每片正极导电排31与每片负极导电排32均呈U型设置，这样，能够进一步增大各个正极导电排31、各个负极导电排32与绝缘冷却介质300的接触面积，更有助于提高散热降温的效率。
在第一实施例中，导电排30采用铜金属、铝金属、铁金属中的一种制成，也可以采用铜合金、铝合金、铁合金中的一种制成。优选地，本发明实施例的导电排30均采用铜金属支撑宽度、厚度规格合格的导电排30。
如图1所示，具体地，壳体10包括底壳12和壳盖11，底壳12设有第一沉槽121与第二沉槽122，壳盖11密封合盖在底壳12上，以使第一沉槽121形成为第一空间、第二沉槽122形成为第二空间，正极电池连接端311与负极电池连接端321均穿出第二沉槽122的槽壁。
在对底壳12和导电排30进行加工成型的过程中，将导电排30的正极器件连接端盒负极器件连接端在相应的底壳12的模具内先排布完成，并同时将正极电池连接端311和负极电池连接端321在模具排布完成，然后将熔融的塑料材料在模具进行注塑成型，待熔融的塑料材料在模具中固化成型后进行脱模，即可得到导电排30与底壳12一体的模块化零部件。然后将断路保护部件20安装连接在第一空间内，则完成了BDU的整体电路布置的加工布置。
如图5所示，在第一实施例的电池包断路保护单元中，断路保护部件20包括通信电路40，通信电路40设有用于与BMS(Battery Management System)系统(未图示)连接的通信接头41，通信接头设置在第一沉槽121的槽壁上，并且，断路保护部件20还包括设备插接头，如图5所示，设备接头包括了MCU控制接头(MCU+、MCU-)、直流充电桩接头(DC/DC+、DC/DC-)和温度检测接头(PTC+、PTC-)等，设备插接头设置在第一沉槽121的槽壁上。加工成型通信接头41和设备插接头在底壳12的壳壁上过程中，将通信接头41和设备插接头在模具中排布完成，通过注入熔融塑料材料，待熔融塑料材料固化成型即可。
如图4所示，其示出了本发明第二实施例的电池包断路保护单元的底壳中断路保护部件、导电排的装配结构的主视图。与第一实施例相比较而言，第二实施例的电池包断路保护单元具有以下不同之处：正极导电排31具有多片，负极导电排32具有多片。壳体10具有纵轴面200(该壳体10以自第二空间至第一空间的连线方向为纵向，如图4所示，壳体10的纵轴面200是垂直于纸张表面的平面，图4中用虚线表示)，此时纵轴面200可以是任意的沿纵向延伸且垂直于壳体10所在平面的任意平面。在本实施例中，全部正极导电排31与全部负极导电排32相对于纵轴面200呈对称设置，实际上，壳体10是以纵轴面200为对称平面的对称体。多个正极导电排31间隔布置，多个负极导电排32间隔布置。各个正极导电排31的第一端为正极器件连接端，各个正极导电排31的第二端为正极电池连接端311，各个负极导电排32的第一端为负极器件连接端，各个负极导电排32的第二端为负极电池连接端321，加工装配时，将各个正极电池连接端311通过第一铜片进行统一搭接，然后将第一铜片的自由端穿出第二沉槽122的槽壁，同样地，各个负极电池连接端321通过第二铜片进行统一搭接，然后将第二铜片的自由端穿出第二沉槽122的槽壁；各个正极导电排31的正极器件连接端与各个负极导电排32的负极器件连接端则之间穿过第一沉槽121和第二沉槽122之间的槽壁。
可选地，各个正极导电排31呈L型设置，各个负极导电排32呈L型设置，这样，能够进一步增大各个正极导电排31、各个负极导电排32与绝缘冷却介质300的接触面积，更有助于提高散热降温的效率。
根据本发明的另一方面，提供了一种电动汽车(未图示)。具体地，该电动汽车包括锂离子电池组100、BMS系统(未图示)、电气设备(未图示)和电池包断路保护单元，电池包断路保护单元为前述的电池包断路保护单元，锂离子电池组100的正极端、负极端分别与正极电池连接端311、负极电池连接端321电性连接，BMS系统、电气设备分别与断路保护部件20中的相应组成模块电性连接。
在汽车的电池系统中应用本发明提供的电池包断路保护单元对锂离子电池组100包络成型的电池包进行保护，应用绝缘冷却介质300容纳在第二空间，将导电排30完全浸没，彻底消除了电弧、爬电等效应，从而实现BDU整体的小型化设计体积，更好地适应有限的电池包包络空间进行装配。同时与BMS系统、MCU控制系统实现信息交互，实现有效监测并控制电池系统工作。并且，利用绝缘冷却介质300对导电排30进行吸热降温的方式，相比于现有技术采用空气热传导进行散热降温的方式，则散热降温速度更快、降温效果更好，并能能够较长时间地确保BDU工作温度维持在安全温度范围内，实现针对BDU散热降温可控，保证BDU的工作安全，从而确保电动汽车持久地正常工作行驶。
(一)采用第一种绝缘冷却介质300进行装配
如图1至图4所示的电池包断路保护单元，第二空间内容纳有导热硅胶，且导热硅胶浸没导电排。
(二)采用第二种绝缘冷却介质300进行装配
与装配有导热硅胶的电池包断路保护单元相比区别在于，将导热硅胶替换为氟化液，其它结构不变。
(三)对比例
与装配有绝缘冷却介质300的电池包断路保护单元相比区别在于，不含有绝缘冷却介质300，且取消第一空间和第二空间之间的槽壁，这也是现有技术中通用的技术手段，即通过风冷散热或静置空冷散热来保证电池包断路保护单元的工作温度。
在该电池包断路保护单元完成为产品之后，需要对产品进行测试以检验产品各项参数，从而检验产品是否合格。
测试方法如下：
测试环境：-40℃～80℃，湿度5RH％～85RH％；
测试仪器：绝缘耐压仪、温度检测仪、充放电柜、恒温箱；
测试前提：两者测试环境保持一致。
(一)导电排的截面积测试(即温升测试)：
(1)电流和导电排截面积太小一致的情况下，分别测量无绝缘冷却液和有绝缘冷却液两种情况下的导电排的热平衡温度和温升大小A1和A2，温升需≤45℃；
(2)电流大小一致，无绝缘冷却液的导电排截面积为B，有绝缘冷却液的导电排截面积为C＝0.4B，分别测量两种情况下导电排的热平衡温度和温升大小A3和A4，温升需≤45℃。
(二)电气间隙和爬电距离测试
(1)无绝缘冷却液的BDU，电气间隙和爬电距离按照国标规定的安全距离D设计，并进行耐压和绝缘测试；
(2)有绝缘冷却液的BDU，电气间隙和爬电距离按照E＝0.5D设计，并进行耐压和绝缘测试。
测试结果：
Figure BDA0002646424680000111
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、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种电池包断路保护单元，包括壳体、断路保护部件、导电排，所述断路保护部件用于保护电池组与电气设备之间的电路回路导通工作，所述导电排包括正极导电排和负极导电排，所述正极导电排具有正极电池连接端与正极器件连接端，所述负极导电排具有负极电池连接端与负极器件连接端，所述正极器件连接端与所述负极器件连接端分别与所述断路保护部件的正极端、负极端电性连接，其特征在于：
所述壳体形成有相互密封隔离的第一空间和第二空间，所述断路保护部件集成设置于所述第一空间内，所述导电排设置于所述第二空间内，所述正极器件连接端、所述负极器件连接端均穿过所述第一空间与所述第二空间之间的壳壁，所述正极电池连接端、所述负极电池连接端均穿出所述第二空间的壳壁；
所述电池包断路保护单元还包括绝缘冷却介质，所述绝缘冷却介质容纳在所述第二空间内，所述导电排与所述绝缘冷却介质接触换热。
2.根据权利要求1所述的电池包断路保护单元，其特征在于：
所述导电排浸没于所述绝缘冷却介质中。
3.根据权利要求1所述的电池包断路保护单元，其特征在于：
所述正极导电排具有多片，所述负极导电排具有多片，所述多片正极导电排与所述多片负极导电排依次交替布置。
4.根据权利要求3所述的电池包断路保护单元，其特征在于：
每片所述正极导电排与每片所述负极导电排均呈U型设置，U型的所述正极导电排的两个端部为所述正极器件连接端，U型的所述负极导电排的两个端部为所述负极器件连接端，所述正极电池连接端为搭接在所述正极导电排上的第一铜片，所述负极电池连接端为搭接在所述负极导电排上的第二铜片，所述第一铜片与所述第二铜片的自由端均穿出所述第一空间的壳壁。
5.根据权利要求2所述的电池包断路保护单元，其特征在于：
所述正极导电排具有多片，所述负极导电排具有多片，所述壳体具有纵轴面，全部所述正极导电排与全部所述负极导电排相对于所述纵轴面呈对称设置，多个所述正极导电排间隔布置，多个所述负极导电排间隔布置，各个所述正极导电排的第一端为所述正极器件连接端，各个所述正极导电排的第二端为所述正极电池连接端，各个所述负极导电排的第一端为所述负极器件连接端，各个所述负极导电排的第二端为所述负极电池连接端。
6.根据权利要求5所述的电池包断路保护单元，其特征在于：
各个所述正极导电排呈L型设置，各个所述负极导电排呈L型设置。
7.根据权利要求6所述的电池包断路保护单元，其特征在于：
所述壳体包括底壳和壳盖，所述底壳设有第一沉槽与第二沉槽，所述壳盖密封合盖在所述底壳上，以使所述第一沉槽形成为所述第一空间、所述第二沉槽形成为所述第二空间，所述正极电池连接端与所述负极电池连接端均穿出所述第二沉槽的槽壁。
8.根据权利要求7所述的电池包断路保护单元，其特征在于：
所述断路保护部件包括通信电路，所述通信电路设有用于与BMS系统连接的通信接头，所述通信接头设置在所述第一沉槽的槽壁上。
9.根据权利要求8所述的电池包断路保护单元，其特征在于：
所述断路保护部件还包括设备插接头，所述设备插接头设置在所述第一沉槽的槽壁上。
10.一种电动汽车，包括锂离子电池组、BMS系统、电气设备和电池包断路保护单元，其特征在于：所述电池包断路保护单元为权利要求1至9中任一项所述的电池包断路保护单元，所述锂离子电池组的正极端、负极端分别与正极电池连接端、负极电池连接端电性连接，所述BMS系统、所述电气设备分别与断路保护部件中的相应组成模块电性连接。
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