CN205406985U - 一种电池系统控制箱 - Google Patents

Abstract

一种电池系统控制箱，具有插箱内胆和插箱外壳，插箱内胆分隔为高压区和低压区，高压元器件设置于高压区，信号接收与管理线路板安装于低压区，插箱内胆正面设置有面板，面板上设置有高压接口区和低压接口区，高压接口区设置有总正接口、总负接口、正极输出接口、负极输出接口、充电正极接口、充电负极接口，低压接口区设置有检测接口、通讯接口和充电机接口，总正接口与电流传感器连接，电流传感器再与总正熔断器连接，总正熔断器与放电继电器连接，又与直流降压模块的正极输入端连接，放电继电器与正极输出接口连接；低压接口区上的检测接口、通讯接口和充电机接口分别通过通讯线缆与BMU线路板相连。本实用新型用作电池系统控制箱。

Description

一种电池系统控制箱

技术领域

本实用新型涉及电池系统的控制技术，更具体地涉及安装于大功率电池系统内的一种电池系统控制箱。

背景技术

随着煤炭、石油等传统能源储量的日益下降，全球所面临的能源危机已越来越严峻。另一方面，传统能源使用过程中产生的环境污染问题也越来越严重。能源短缺和环境污染问题迫使人们不断寻求代替传统能源的新能源。

经过几十年的发展，新能源技术得到了快速的发展，多种新能源技术被开发出来并得到了越来越广泛的应用，如风能、太阳能、潮汐能、化学电源等。在这些新能源技术中化学电源备受关注，尤其是能在电能与化学能之间循环转化的二次电池。一方面二次电池可直接提供动力，用于电动汽车或电动大巴，这称为动力电池；另一方面，风能、太阳能、潮汐能等新能源必须与二次电池配套，将这些新能源转化的电量储存在二次电池中，这部分二次电池称为储能电池。显然无论是动力电池还是储能电池，都必须是高能且能够大功率使用。这时，安全性就成为这些电池应用的关键的。

动力电池系统和储能电池系统一般都由电池组、高压配电箱、电池管理系统、冷却系统及其他配件如箱体、连接器等组成。高压配电箱是电池系统的安全性的重要保障，其主要功能包括按要求接通或断开高压回路；测量电池工作电流；当电池包外部电流过大时，能实现可控的带载切断；当电池包外部线路短路时，高压配电箱内熔断器能及时断开电池组的高压回路，防止电池组因短路造成起火爆炸；能够为内部高压元器件提供绝缘、振动、阻燃等方面的保护等。电池管理系统的主要作用是智能化管理及维护各个电池单元，防止电池出现过充电或过放电，延长电池的使用寿命，监控电池的状态。具体功能包括：电池端电压的测量，单体电池间的能量均衡，电池输出或充电电流的测量，电池荷电状态(SOC)的估算，动态测量电池的工作状态，数据记录及分析，实时数据显示，对外通讯等。电池管理系统一方面对电池组进行管理，另一方面也要对高压元器件进行管理，它是电池系统的“大脑”。

在现有的技术中，高压配电箱采用上盖式设计，与电池组、负载、外围设备等连接的接口都分布在高压配电箱的四周，且内部高低压不分离，高压元器件之间无绝缘隔板隔开，内部接线混乱，这样就造成高压配电箱体积大，易漏电，维修空间狭小等问题，尤其是内部零件维修更换极其不便，维修一个零件需要拆除大部分零件，且拆卸困难。当外箱撞击变形时极易造成内部电路短路。而且当需要快速维修时，无法快速将高压配电箱从电池系统中拆除出来，更换上新的高压配电箱，延误了电池的工作时间。上盖式设计还有一个缺点，就是防水性差，一旦碰到水淋，水滴易从上盖的缝隙中渗入高压配电箱内，引起高压元器件短路，发生故障。

此外，现有技术中高压配电箱和电池管理系统相互独立，不利于电池系统的安装，尤其对于安装在电动汽车上的动力电池系统，两个独立的高压配电箱和电池管理系统使得安装空间更为拥挤，造成安装维修困难。

发明内容

本实用新型要解决上述配电箱现有技术存在的体积大，易漏电、零部件维修更换不便、外箱易撞击变形而发生内部电路短路，以及不适应要快速维修、防水性差等问题，为此提供本实用新型的一种电池系统控制箱，它是一种将高压配电箱与电池管理系统整合于一体的抽插式电池系统控制箱，具有体积小、安全性高，维修更换方便快速，即使遭到撞击变形也不易短路的优点。

为解决上述问题，本实用并新型采用的的技术方案是：

包括插箱内胆、上盖板、下盖板和插箱外壳，所述插箱内胆用隔板分为高压区和低压区，所述高压区设置有通过高压区隔板形成的高压元器件嵌入槽，所述高压元器件包括电流传感器、总正熔断器、总负熔断器、放电继电器、充电继电器、直流降压模块，其特征在于所述高压区集成有固定安装在电流传感器嵌入槽内的所述电流传感器，固定安装在总正熔断器嵌入槽内的所述总正熔断器，固定安装在总负熔断器嵌入槽内的所述总负熔断器，固定安装在放电继电器嵌入槽内的所述放电继电器，固定安装在充电继电器嵌入槽内的所述充电继电器，固定安装在直流降压模块嵌入槽内的所述直流降压模块；所述低压区安装有接收高压元器件信号并管理高压元器件的HMU线路板，接收HMU线路板信号并管理电池组的BMU线路板；所述插箱内胆正面设置有面板，与所述高压区相接的所述面板上设置有高压接口区，与所述低压区相接的所述面板上设置有低压接口区。所述高压接口区设置有总正接口、总负接口、正极输出接口、负极输出接口、充电正极接口、充电负极接口，所述低压接口区设置有检测接口、通讯接口和充电机接口；

所述总正接口与所述电流传感器的一端电相连，所述电流传感器的另一端与所述总正熔断器的一端电相连，所述总正熔断器的另一端与所述放电继电器的一端电相连，同时与所述直流降压模块的正极输入端电相连，所述放电继电器的另一端与所述正极输出接口电相连；

所述总负接口与所述总负熔断器的一端电相连，所述总负熔断器的另一端与所述负极输出接口电相连，同时与所述直流降压模块的负极输入端电相连；

所述充电正极接口与所述充电继电器的一端电相连，所述充电继电器的另一端与所述总正熔断器远离所述总正接口的一端电相连；

所述充电负极接口与所述总负熔断器远离所述总负接口的一端电相连；

所述直流降压模块的低压直流输出用于所述HMU线路板和所述BMU线路板的供电；

所述HMU线路板通过通讯线缆与所述BMU线路板相连；

所述低压接口区上的检测接口、通讯接口和充电机接口分别通过通讯线缆与所述BMU线路板相连；

所述插箱内胆上下两面同时盖上所述上盖板和下盖板后，插入所述插箱外壳，在所述面板上拧入紧固螺丝将所述插箱内胆和所述插箱外壳装配成一体。

本实用新型的优选方式是：

所述插箱内胆和所述插箱外壳之间用密封橡胶垫圈进行防水和防尘。

在所述高压区安装有空调熔断器，所述高压接口区设置有空调输出接口，所述空调熔断器的一端与所述放电继电器靠近所述正极输出接口的一端电相连，所述空调熔断器的另一端与所述空调输出接口的正极端子电相连，所述空调输出接口的负极端子与所述总负熔断器远离总负接口的一端电相连。

所述低压接口区设置有风扇输出接口和整车接口，所述风扇输出接口与所述BMU线路板上的风扇接口相连，所述整车接口通过通讯线缆与所述BMU线路板相连。

所述插箱内胆后侧至少设置有一个防震槽，所述防震槽内安装有橡胶防震套；所述插箱外壳后部内侧至少设置有一个导向销钉，所述插箱内胆插入所述插箱外壳时，所述导向销钉插入所述橡胶防震套内，所述导向销钉与所述橡胶防震套为过盈配合。

所述插箱内胆外壳、所述隔板和所述高压区隔板用阻燃级塑料浇注成一个整体，所述阻燃级塑料为阻燃ABS、阻燃PP、阻燃PVC、阻燃PE或阻燃PC。

所述插箱外壳用金属材料整体冲压而成，所述金属材料为碳钢、不锈钢、铝或铝合金。

所述电流传感器为可同时检测正负向电流的双向直流电流传感器。

本实用新型与现有技术相比，其有益的效果有：

1.采用抽插式设计，可以快速拆除电池系统控制箱，尽量减少延误电池工作的时间；

2.高低压分区，线路清晰明了，高压元器件用隔板相互隔开，减少漏电可能，减少相互之间短路的机会，且元器件拆装更方便快捷；

3.插箱内胆上下都用通风盖板覆盖，既保证了散热要求，又可以在外箱发生碰撞变形时，防止外壳与铜排接触而引起短路现象；

4.箱体外壳按防水设计，连接处使用橡胶密封垫圈，增强了电池系统控制箱的防水密封效果；

5.插箱内胆与插箱外壳采用橡胶防震套和导向销钉过盈配合连接，减少了震动，降低了噪音。

附图说明

下面结合附图与具体实施例对本实用新型作进一步的说明。

图1为本实用新型一个具体实施例的构造分解示意图；

图2为本实用新型中的插箱内胆元器件安装示意图，(a)为俯视图，(b)为仰视图；

图3为本实用新型一个具体实施例的面板上接口布置示意图；

图4为插箱内胆与插箱外壳连接的防震降噪结构示意图；

图5为内部带隔板的插箱内胆外壳示意图。

附图标记中：1－插箱内胆，2－上盖板，3－下盖板，4－密封橡胶垫圈，5－插箱外壳，6－低压区，7－高压区，8－隔板，9－面板，10－高压接口区，11－低压接口区，12－高压区隔板，101－电流传感器，102－总正熔断器，103放电继电器，104－充电继电器，105－直流降压模块，106－总负熔断器，107－风扇继电器，108－BMU线路板，109－空调熔断器，110－HMU线路板，111－总正接口，112－总负接口，113－正极输出接口，114－负极输出接口，

115－充电正极接口，116－充电负极接口，117－空调输出接口，118－检测接口，119－整车接口，120－通讯接口，121－风扇输出接口，122－充电机接口，

123－防震槽，124－橡胶防震套，125－插箱内胆外壳，501－导向销钉

具体实施方式

图1所示的是本实用新型用于动力电池系统控制箱的一个具体实施例，采用抽插式设计，包括插箱内胆1、上盖板2、下盖板3、密封橡胶垫圈4和插箱外壳5。插箱内胆1内部用隔板8分隔为左右两部分，右边为低压区6，用于安装控制线路板，左边为高压区7，用于安装高压元器件。为了保证高压元器件之间有足够的安全距离，并减少相互干扰并防止短路，在高压区7内用高压区隔板12分割成独立的嵌入槽，每个高压元器件都固定安装于独立的嵌入槽内。插箱内胆外壳125、隔板8、高压区隔板12可以用阻燃级塑料浇注成一个整体，如图5所示，阻燃级塑料包括阻燃ABS、阻燃PP、阻燃PVC、阻燃PE和阻燃PC等，本实施例优选阻燃ABS。上盖板2和下盖板3也用阻燃级ABS制成，上面开有许多通风小孔，一方面保证了控制箱内部散热的要求，另一方面也保证控制箱撞击变形时，可以防止插箱外壳5与插箱内胆1内的带电器件接触而造成短路。插箱内胆的正面设置有面板9，与高压区7相接的左侧面板区为高压接口区10，与低压区6相接的右侧面板区为低压接口区11。

插箱外壳5用金属材料整体冲压而成，可选的金属材料包括碳钢、不锈钢、铝和铝合金，本实施例优选铝金属。

安装完成后的插箱内胆1，上下两面分别盖上上盖板2和下盖板3后插入插箱外壳5，在插箱内胆1和插箱外壳5之间加一层橡胶密封垫圈4，从面板9上拧入紧固螺丝，将插箱内胆1和插箱外壳5装配成完整的动力电池系统控制箱。由于插箱外壳5是整体冲压而成，除正面开口外，其余五面无任何缝隙，而正面插入插箱内胆1时沿口处用橡胶密封垫圈4密封，因此防水防尘效果极佳。又由于采用抽插式设计，只需将面板9上的紧固螺丝拧出，即可将插箱内胆1整体移出，因此维修更换很方面，也很快捷。而插箱内胆的高压区7又采用独立嵌入槽设计，所有高压元器件都独立安装在相应的嵌入槽内，因此元器件的更换也十分方便。

图2所示的是插箱内胆1内高低压元器件的安装示意图，(a)为俯视图，(b)为仰视图。图3所示为面板9上的接口布置示意图。插箱内胆1用虚线划分为左右两个区域，左边为高压区7，右边为低压区6。与高压区7相接的面板区域为高压接口区10，与低压区7相接的面板区域为低压接口区11。根据动力电池系统的要求，在高压区7内依次设置有：固定安装在电流传感器嵌入槽内的电流传感器101，固定安装在总正熔断器嵌入槽内的总正熔断器102，固定安装在放电继电器嵌入槽内的放电继电器103，固定安装在充电继电器嵌入槽内的充电继电器104，固定安装在直流降压模块嵌入槽内的直流降压模块105，固定安装在总负熔断器嵌入槽内的总负熔断器106，固定安装在空调熔断器嵌入槽内的空调熔断器109。在低压区6的下层安装有接收高压元器件信号并管理高压元器件的HMU线路板110，在低压区6的上层安装有接收HMU线路板信号并管理电池组的BMU线路板108。

在面板9上的高压接口区10依次安装有总正接口111，正极输出接口113、充电正极接口115、充电负极接口116、空调输出接口117、负极输出接口114、总负接口112。在面板9上的低压接口区11依次安装有检测接口118、整车接口119、通讯接口120、风扇接口121、充电机接口122。

总正接口111与电流传感器101的一端电相连，电流传感器101的另一端与总正熔断器102的一端电相连，总正熔断器102的另一端与放电继电器103的一端电相连，同时与直流降压模块105的正极输入端电相连，放电继电器103的另一端与正极输出接口113电相连。总负接口112与总负熔断器106的一端电相连，总负熔断器106的另一端与负极输出接口114电相连，同时与直流降压模块105的负极输入端电相连。充电正极接口115与充电继电器104的一端电相连，充电继电器104的另一端与总正熔断器102远离总正接口111的一端电相连。充电负极接口116与总负熔断器106远离总负接口112的一端电相连。空调熔断器109的一端与放电继电器103靠近正极输出接口113的一端电相连，空调熔断器109的另一端与空调输出接口117的正极端子电相连，空调输出接口117的负极端子与总负熔断器106远离总负接口112的一端电相连。直流降压模块105的低压直流输出用于HMU线路板110和BMU线路板108的供电。HMU线路板110通过通讯线缆与BMU线路板108相连。低压接口区11上的检测接口118、整车接口119、通讯接口120和充电机接口122分别通过通讯线缆与所述BMU线路板相连。风扇输出接口121与BMU线路板108上的风扇接口相连。

电流传感器101要检测放电电流和充电电流，由于两者电流方向相反，因此需要选用能同时检测正向直流电流和负向直流电流的双向直流电流传感器。

由于动力电池系统安装于电动汽车或电动大巴上，在工作过程中震动很频繁，因此防震减噪是必要的措施。本实施例采取的措施如图4所示，在插箱内胆1的后壁外侧中间在水平位置上等间距地设置有三个防震槽123，内部设置有橡胶防震套124，在插箱外壳5后壁内侧中间与插箱内胆1上三个防震槽123相同的位置上设置有三个导向销钉501。当插箱内胆1插入插箱外壳5时，插箱外壳5上的三个导向销钉501同时插入插箱内胆1上的三个防震槽123。导向销钉501与防震槽123内的橡胶防震套采用过盈配合，起到很好的减震降噪作用。

安装完成后，在实际使用时，控制箱面板9上的总正接口111与动力电池组的总正端子电相连，总负接口112与动力电池组的总负端子电相连；正极输出接口113与直流电机的正极输入端子电相连，负极输出接口114与直流电机的负极输入端子电相连，充电正极接口115与充电机或充电桩的正极输出端子电相连，充电负极接口116与充电机或充电桩的负极输出端子电相连。空调输出接口117与车载空调相连。整车接口119、通讯接口120分别通过通讯线缆与汽车控制台相应接口相连，充电机接口122通过通讯线缆与车载充电机相连。风扇接口121则与车载的风扇相连。检测接口平时不用，只在维修时用于故障检测。

本实施例中的动力电池系统控制箱采用抽插式设计，并将高压配电与电池系统管理集成在一个控制箱内，解决了现有技术中体积大、安装维修不便、防水防震效果差、易漏电且易发生短路现象等缺点。

以上内容仅仅通过动力电池系统控制箱的具体实例来详细说明本实用新型的结构，储能电池系统控制箱与此类似。所属本领域的技术人员对所描述的具体实施例做任何的修改、补充或采用类似的方式替代，只要不偏离实用新型的结构或者超越本权利要求书所定义的范围，均应属于本实用新型的保护范围。

Claims (8)

1.一种电池系统控制箱，包括插箱内胆、上盖板、下盖板和插箱外壳，所述插箱内胆用隔板分为高压区和低压区，所述高压区设置有通过高压区隔板形成的高压元器件嵌入槽，所述高压元器件包括电流传感器、总正熔断器、总负熔断器、放电继电器、充电继电器、直流降压模块，其特征在于所述高压区集成有固定安装在电流传感器嵌入槽内的所述电流传感器，固定安装在总正熔断器嵌入槽内的所述总正熔断器，固定安装在总负熔断器嵌入槽内的所述总负熔断器，固定安装在放电继电器嵌入槽内的所述放电继电器，固定安装在充电继电器嵌入槽内的所述充电继电器，固定安装在直流降压模块嵌入槽内的所述直流降压模块；所述低压区安装有接收高压元器件信号并管理高压元器件的HMU线路板，接收HMU线路板信号并管理电池组的BMU线路板；所述插箱内胆正面设置有面板，与所述高压区相接的所述面板上设置有高压接口区，与所述低压区相接的所述面板上设置有低压接口区；所述高压接口区设置有总正接口、总负接口、正极输出接口、负极输出接口、充电正极接口、充电负极接口，所述低压接口区设置有检测接口、通讯接口和充电机接口；

所述总正接口与所述电流传感器的一端电相连，所述电流传感器的另一端与所述总正熔断器的一端电相连，所述总正熔断器的另一端与所述放电继电器的一端电相连，同时与所述直流降压模块的正极输入端电相连，所述放电继电器的另一端与所述正极输出接口电相连；

所述总负接口与所述总负熔断器的一端电相连，所述总负熔断器的另一端与所述负极输出接口电相连，同时与所述直流降压模块的负极输入端电相连；

所述充电正极接口与所述充电继电器的一端电相连，所述充电继电器的另一端与所述总正熔断器远离所述总正接口的一端电相连；

所述充电负极接口与所述总负熔断器远离所述总负接口的一端电相连；

所述直流降压模块的低压直流输出用于所述HMU线路板和所述BMU线路板的供电；

所述HMU线路板通过通讯线缆与所述BMU线路板相连；

所述低压接口区上的检测接口、通讯接口和充电机接口分别通过通讯线缆与所述BMU线路板相连；

所述插箱内胆上下两面同时盖上所述上盖板和所述下盖板后，插入所述插箱外壳，在所述面板上拧入紧固螺丝将所述插箱内胆和所述插箱外壳装配成一体。

2.根据权利要求1所述的一种电池系统控制箱，其特征在于所述插箱内胆和所述插箱外壳的结合处垫设有密封橡胶垫圈。

3.根据权利要求1所述的一种电池系统控制箱，其特征在于在所述高压区安装有空调熔断器，所述高压接口区设置有空调输出接口，所述空调熔断器的一端与所述放电继电器靠近所述正极输出接口的一端电相连，所述空调熔断器的另一端与所述空调输出接口的正极端子电相连，所述空调输出接口的负极端子与所述总负熔断器远离总负接口的一端电相连。

4.根据权利要求1所述的一种电池系统控制箱，其特征在于所述低压接口区设置有风扇输出接口和整车接口，所述风扇输出接口与所述BMU线路板上的风扇接口相连，所述整车接口通过通讯线缆与所述BMU线路板相连。

5.根据权利要求1所述的一种电池系统控制箱，其特征在于所述插箱内胆后侧至少设置有一个防震槽，所述防震槽内安装有橡胶防震套；所述插箱外壳后部内侧至少设置有一个导向销钉，所述插箱内胆插入所述插箱外壳时，所述导向销钉插入所述橡胶防震套内，所述导向销钉与所述橡胶防震套为过盈配合。

6.根据权利要求1所述的一种电池系统控制箱，其特征在于所述插箱内胆外壳、所述隔板和所述高压区隔板用阻燃级塑料浇注成一个整体，所述阻燃级塑料为阻燃ABS、阻燃PP、阻燃PVC、阻燃PE或阻燃PC。

7.根据权利要求1所述的一种电池系统控制箱，其特征在于所述插箱外壳用金属材料整体冲压而成，所述金属材料为碳钢、不锈钢、铝或铝合金。

8.根据权利要求1所述的一种电池系统控制箱，其特征在于所述电流传感器为可同时检测正负向电流的双向直流电流传感器。