CN218242080U

CN218242080U - 一种飞行器电池系统

Info

Publication number: CN218242080U
Application number: CN202221962969.3U
Authority: CN
Inventors: 宋郑昊; 郑银俊; 苏庆鹏; 张宁; 张茜
Original assignee: Guangzhou Automobile Group Co Ltd
Current assignee: Guangzhou Automobile Group Co Ltd
Priority date: 2022-07-27
Filing date: 2022-07-27
Publication date: 2023-01-06
Anticipated expiration: 2032-07-27

Abstract

本实用新型提供一种飞行器电池系统，其由至少一个电池包组成；每一电池包均包括封闭式结构的壳体，以及壳体内所设的高压电组件、电池管理系统组件、高压线束、电芯组件、低压线束、电气隔离组件、绝缘组件和低压信号采集组件；通过一横梁组件将壳体分隔成前后区域；高压电组件及电池管理系统组件均设置于前区域；电芯组件、电气隔离组件、绝缘组件及低压信号采集组件均设置于后区域；低高压线束从前区域穿至后区域；前区域通过分层支架分成上下层，上层有电池管理系统组件及对应所连的低压线束，下层有高压电组件及对应所连的高压线束。实施本实用新型，能避免整包起火现象发生，还能通过节省部分结构件来降低重量，提升空间利用率和能量密度。

Description

一种飞行器电池系统

技术领域

本实用新型涉及电池技术领域，尤其涉及一种飞行器电池系统。

背景技术

与电动汽车领域不同，当前国内电动飞行器领域并没有针对电池系统详细法规标准，使得电动飞行器电池需要在安全基础上，提升电芯能量密度、电池包体积利用率和电池能量密度，用以提升电动飞行器续航里程。

在现有技术中，飞行器电池仍采用电池模组集成设计方案，其优势之处在于利用机翼肋板，节省了电池模组下壳结构，降低了飞机结构重量，能够节约电动飞机的制造成本，有效增加电动飞机续航里程。

但是，现有的飞行器电池存在许多不足之处，其不足之处在于：(1)散热效果不佳且未考虑排气设计，一旦电芯触发热失控时，无法第一时间将有害高温气体排出，导致整包起火现象发生；(2)空间利用率及能量密度仍有待优化。

实用新型内容

本实用新型实施例所要解决的技术问题在于，提供一种飞行器电池系统，不仅能避免整包起火现象发生，还能通过节省部分结构件来降低重量，提升空间利用率和能量密度。

为了解决上述技术问题，本实用新型实施例提供了一种飞行器电池系统，其由至少一个电池包组成；每一个电池包均包括封闭式结构的壳体，以及设置于所述壳体内的高压电组件、电池管理系统组件、高压线束、电芯组件、低压线束、电气隔离组件、绝缘组件和低压信号采集组件；

其中，通过一横梁组件将所述壳体分隔成前区域以及后区域；

所述高压电组件及所述电池管理系统组件均设置于所述前区域；所述电芯组件、所述电气隔离组件、所述绝缘组件及所述低压信号采集组件均设置于所述后区域；所述低压线束及所述高压线束均有一部分位于所述前区域，另一部分均从所述前区域穿至所述后区域；其中，所述前区域通过分层支架分隔成上下两层，使其上层设有所述电池管理系统组件及对应所连的低压线束，下层设有所述高压电组件及对应所连的高压线束。

其中，所述壳体上安装有至少一个透气防爆阀和两个高压接头；

所述透气防爆阀与所述壳体内部空腔导通，以排出所述壳体内部气体；

所述两个高压接头包括动力输出接头和充电输入接头，并均通过所述高压线束与所述高压电组件及所述电芯组件进行互连；

所述电池管理系统组件和所述低压信号采集组件通过所述低压线束进行互连。

其中，所述电池管理系统组件包括通过所述前区域上层的低压线束互连的BMS主板和四个BMS从板；所述高压电组件包括通过所述前区域下层的高压线束互连的电流传感器、主正负继电器、预充继电器、快充继电器和预充电阻。

其中，所述四个BMS从板通过位于所述分层支架上方的两个从板支架进行固定，并使所述四个BMS从板与所述BMS主板之间形成分层结构。

其中，通过另一横纵梁组件将所述后区域划分有多个子区域，且每一个子区域内均部署有电芯组件、低压线束、电气隔离组件、绝缘组件和低压信号采集组件；其中，

每一个子区域内的电芯组件均包括分别分布于所连高压线束两侧的两个电芯排，且每一个电芯排均由若干个电芯组成；

每一个子区域内的电气隔离组件均包括一个盖设于同子区域内高压线束和低压线束上方的电气隔离板；

每一个子区域内的绝缘组件均包括若干个电芯隔离垫、若干个泡棉和一个绝缘防护云母板；

每一个子区域内的低压信号采集组件均包括连接于同子区域内低压线束上的若干个电压传感器和若干个温度传感器；

其中，任意电芯排上相邻两个电芯之间均设有一个电芯隔离垫；任一电气隔离板在其朝向相应电芯组件的侧面上设有若干个电压传感器和若干个温度传感器，在其远离相应电芯组件的侧面上设有若干个泡棉；任一绝缘防护云母板均盖设于其所在子区域上方，并遮住所在子区域部署的电芯组件、低压线束、电气隔离组件及低压信号采集组件。

其中，任意电芯排上所有电芯均通过结构胶与对应子区域的内壁进行粘接，并与其对应的电芯隔离垫均通过结构胶进行粘接；任一电气隔离板的两端均通过结构胶与对应子区域的内壁进行粘接，且其上所设的电压传感器、温度传感器及泡棉均通过结构胶进行粘接；任一绝缘防护云母板均通过结构胶与对应子区域的内壁及对应的横纵梁组件进行粘接。

其中，任一电芯均呈硬壳方形状，且其所连的电芯隔离垫均呈回型框状；任一电气隔离板均呈长条形状，其上所设的泡棉均呈方块形状。

其中，所述子区域有四个，且两两之间呈对称结构；任一子区域内均设有缓冲绝缘垫，所述缓冲绝缘垫的一端连接其对应电芯组件的外边缘，另一端连接对应子区域内横纵梁组件。

其中，所述壳体上还安装有一个低压通信接头；其中，所述低压通信接头与所述低压线束相连。

其中，所述两个高压接头均位于所述前区域的壳体上，并均为呈双圆半环形状的高压接插件；所述低压通信接头位于所述前区域的壳体上，并为呈椭圆形状的低压接插件；所述透气防爆阀位于所述前区域的壳体上，呈圆环状；所述壳体由可拆卸安装的上壳体及下壳体组成，且所述上壳体及所述下壳体均呈长条形状并通过密封条实现密封连接；所述上壳体及所述下壳体上均焊接有多个梯形状的吊耳。

实施本实用新型实施例，具有如下有益效果：

本实用新型在前区域通过分层支架进行上下层布置，使得下层更易进行高压电气走线集成，上层实现低压信号采集与处理，一方面优化了整体布置空间，另一方面也做到高压与低压隔离；本实用新型在后区域通过电芯隔离垫、泡棉、电气隔离板、缓冲绝缘垫块、云母板与电芯进行集成为PACK，一方面节省了部分结构件，做到了空间利用率最优以及降低结构件成本，另一方面提高了电池系统阻隔热扩散的安全性。

附图说明

为了更清楚地说明本实用新型实施例或现有技术中的技术方案，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实用新型的一些实施例，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，根据这些附图获得其他的附图仍属于本实用新型的范畴。

图1为本实用新型实施例提供的一种飞行器电池系统的整体平面结构图；

图2为图1前区域壳体打开后的内部立体结构图；

图3为图2中分层支架的立体结构图；

图4为图2中单个从板支架的立体结构图；

图5为图1后区域壳体打开后的内部立体结构图；

图6为图5中单个电芯隔离垫的平面结构图

图7为图5中单个缓冲绝缘垫的立体结构图。

具体实施方式

为使本实用新型的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本实用新型作进一步地详细描述。

如图1至图7所示，为本实用新型实施例中，提出的一种飞行器电池系统，其由至少一个电池包组成；每一个电池包均包括：封闭式结构的壳体，以及设置于壳体内的高压电组件、电池管理系统组件、高压线束、电芯组件、低压线束、电气隔离组件、绝缘组件和低压信号采集组件。

其中，该壳体由可拆卸安装的上壳体1及下壳体2组成，通过金属铝制作而成的上壳体1及下壳体2均呈长条形状，同时通过密封条实现上壳体1与下壳体2之间进行密封连接，起着防尘防水密封保护作用；另外，上壳体1或/及下壳体2上均焊接有多个(如8个)梯形状的吊耳3，并通过螺栓固定方式将吊耳3固定安装于飞行器机身的相应位置(未图示)上。

此时，壳体上安装有至少一个透气防爆阀4和两个高压接头；透气防爆阀4呈圆环状，并与壳体内部空腔导通，以排出壳体内部气体来平衡内外气压；两个高压接头包括动力输出接头6和充电输入接头7，并均为呈双圆半环形状的高压接插件，也都通过高压线束(未图示)与高压电组件及电芯组件进行互连；电池管理系统组件和低压信号采集组件通过低压线束进行互连。可以理解的是，通过壳体上安装的透气防爆阀4排出壳体内部气体来平衡内外气压，能够避免整包起火现象发生。

本实用新型实施例中，通过一横梁组件100将壳体分隔成前区域I以及后区域II；

高压电组件及电池管理系统组件均设置于前区域I；电芯组件、电气隔离组件、绝缘组件及低压信号采集组件均设置于后区域II；低压线束L1及高压线束L2均有一部分位于前区域I，另一部分均从前区域I穿至后区域II；

其中，前区域I通过分层支架18分隔成上下两层，使其上层设有电池管理系统组件及对应所连的低压线束L1，下层设有高压电组件及对应所连的高压线束L2。

此时，如图2所示，电池管理系统组件包括通过前区域I上层的低压线束L1互连的BMS主板11和四个BMS从板12～15；BMS主板11呈长方体形，其接收四个BMS从板12～15信号，并基于四个BMS从板12～15信号来估算SOC/SOH等状态以及与整机控制器进行相关交互；四个BMS从板12～15均呈长方体形，用于接收从后区域II内低压信号采集组件所传递过来的电压、温度等信号，并对电池实施具体的均衡控制等。

此时，高压电组件包括但不限于通过前区域I下层的高压线束互连的电流传感器17、主正负继电器(未图示)、预充继电器(未图示)、快充继电器(未图示)和预充电阻(未图示)。

在一个例子中，分层支架18(如图3所示)整体呈现平板式，中间轻量化局部刨开9个长孔，两边则是焊接了6个支腿，用于和底部支撑支架进行连接，如图3所示。

在另一个例子中，四个BMS从板12～15通过位于分层支架18上方的两个从板支架19(如图4所示)进行固定，并使四个BMS从板12～15与BMS主板11之间形成分层结构。其中，从板支架19由钣金件焊接而成整体呈现弓形状，一端与后端横梁螺栓连接在一起，另一端则是通过与前区域I壳体焊接一起，从板支架19内凹的部分有四个通孔起着固定四个BMS从板12～15作用。从板支架19上方同样通过螺栓连接方式与上方的BMS主板11进行连接，从板支架19底部区域用于布置电流传感器17、主正负、预充继电器等高压电组件。

应当说明的是，低压线束及高压线束均采用柔性扁平连接电缆FFC，并考虑到前区域I壳体温度变化，前区域I内也可设有由若干个温度传感器形成的低压信号采集组件。此时，基于电池管理系统组件所处区域，使得透气防爆阀4、动力输出接头6和充电输入接头7也都位于前区域I的壳体上。

可以理解的是，电池包前区域I上下分层、高低压线束走线布置，使得下层更易进行高压电气走线集成，上层实现低压信号采集与处理，一方面优化了整体布置空间，另一方面也做到高压与低压隔离。

其中，通过另一横纵梁组件200将后区域II划分有多个子区域(如图5所示有四个①②③④，且两两之间呈对称结构)，且每一个子区域内均部署有电芯组件、低压线束、电气隔离组件、绝缘组件和低压信号采集组件；其中，

每一个子区域内的电芯组件均包括分别分布于所连高压线束L2两侧的两个电芯排P0～P1，且每一个电芯排P0～P1均由若干个电芯21组成；其中，所有电芯21均呈硬壳方形状；在一个例子中，高压线束L2与电芯21极柱通过焊接方式连接在一起，每个子区域高压线束L2相连在一起，最终与前区域I底部的高压电气件相连；

每一个子区域内的电气隔离组件均包括一个盖设于同子区域内高压线束L2和低压线束上方的电气隔离板22；其中，所有电气隔离板22均呈长条形状；

每一个子区域内的绝缘组件均包括若干个电芯隔离垫23、若干个泡棉24和一个绝缘防护云母板25；其中，所有电芯隔离垫23均呈回型框状(如图6所示)，其中部空余部分用于吸收电芯21循环过程中的膨胀力，内部布置一些隔热材料用于阻断热传导能量；所有泡棉24均呈方块形状，起到支撑缓冲作用；所有绝缘防护云母板25均呈长方形状，达到了整包层级绝缘以及热扩散防护作用；

每一个子区域内的低压信号采集组件均包括连接于同子区域内低压线束上的若干个电压传感器(未图示)和若干个温度传感器(未图示)；

其中，任意电芯排P0～P1上相邻两个电芯21之间均设有一个电芯隔离垫22；任一电气隔离板23在其朝向相应电芯组件的侧面上设有若干个电压传感器和若干个温度传感器，在其远离相应电芯组件的侧面上设有若干个泡棉24；任一绝缘防护云母板25均盖设于其所在子区域上方，并遮住所在子区域部署的电芯组件、低压线束、电气隔离组件及低压信号采集组件。

此时，任意电芯排P0～P1上所有电芯21均通过结构胶与(即后区域II对应子区域内壁)进行粘接，并与其对应的电芯隔离垫22均通过结构胶进行粘接；任一电气隔离板23的两端均通过结构胶与壳体(即后区域II对应子区域内壁)进行粘接，且其上所设的电压传感器、温度传感器及泡棉24均通过结构胶进行粘接；任一绝缘防护云母板25均通过结构胶与壳体(即后区域II对应子区域内壁)及对应的横纵梁组件进行粘接。

此时，任一子区域内在靠近横纵梁组件的边缘均设有缓冲绝缘垫26(如图7所示)，即有四个块状的缓冲绝缘垫26，一端与横纵梁组件(如横梁)相接，另一端与对应子区域内的电芯排P0～P1直接接触，中间采用泡棉垫进行缓冲。

可以理解的是，在后区域II通过电芯隔离垫23、泡棉24、电气隔离板22、缓冲绝缘垫26、云母板25与电芯21进行集成为PACK，一方面节省了部分结构件，做到了空间利用率最优以及降低结构件成本，另一方面提高了电池系统阻隔热扩散的安全性。

本实用新型实施例中，为了便于对BMS系统进行管理，壳体上还安装有一个低压通信接头5；其中，低压通信接头5为呈椭圆形状的低压接插件并与低压线束相连，其位于前区域I的壳体上。

在本实用新型实施例中，该电池系统工作状态主要分成充电和放电两种，具体如下：

充电功能的实现是利用充电输入接头7与电桩的交互，根据BMS请求信号，电池包会按照程序闭合快充负、预充继电器以及主正继电器，BMS会根据电芯的最大最低温度以及SOC状态预估请求电流大小，直到到达目标的单体截至电压后充电完成；

放电功能的实现是根据整机高压线束控制主正负继电器以及预充继电器吸合与断开，电流从整包后区域II传输到对应的动力输出接头6再传输到整机配电箱向DCDC/6个电机进行供电，其中针对放电电流BMS会根据电芯SOC/温度状态进行输出功率的限制。

实施本实用新型实施例，具有如下有益效果：

1、本实用新型在壳体外通过透气防爆阀排出壳体内部气体来平衡内外气压，从而能避免整包起火现象发生；

2、本实用新型在前区域通过分层支架进行上下层布置，使得下层更易进行高压电气走线集成，上层实现低压信号采集与处理，一方面优化了整体布置空间，另一方面也做到高压与低压隔离；

3、本实用新型在后区域通过电芯隔离垫、泡棉、电气隔离板、缓冲绝缘垫块、云母板与电芯进行集成为PACK，一方面节省了部分结构件，做到了空间利用率最优以及降低结构件成本，另一方面提高了电池系统阻隔热扩散的安全性。

以上所揭露的仅为本实用新型较佳实施例而已，当然不能以此来限定本实用新型之权利范围，因此依本实用新型权利要求所作的等同变化，仍属本实用新型所涵盖的范围。

Claims

1.一种飞行器电池系统，其特征在于，其由至少一个电池包组成；每一个电池包均包括封闭式结构的壳体，以及设置于所述壳体内的高压电组件、电池管理系统组件、高压线束、电芯组件、低压线束、电气隔离组件、绝缘组件和低压信号采集组件；

所述高压电组件及所述电池管理系统组件均设置于所述前区域；所述电芯组件、所述电气隔离组件、所述绝缘组件及所述低压信号采集组件均设置于所述后区域；所述低压线束及所述高压线束均有一部分位于所述前区域，另一部分均从所述前区域穿至所述后区域；所述前区域通过分层支架分隔成上下两层，使其上层设有所述电池管理系统组件及对应所连的低压线束，下层设有所述高压电组件及对应所连的高压线束。

2.如权利要求1所述的飞行器电池系统，其特征在于，

所述壳体上安装有至少一个透气防爆阀和两个高压接头；

3.如权利要求2所述的飞行器电池系统，其特征在于，所述电池管理系统组件包括通过所述前区域上层的低压线束互连的BMS主板和四个BMS从板；所述高压电组件包括通过所述前区域下层的高压线束互连的电流传感器、主正负继电器、预充继电器、快充继电器和预充电阻。

4.如权利要求3所述的飞行器电池系统，其特征在于，所述四个BMS从板通过位于所述分层支架上方的两个从板支架进行固定，并使所述四个BMS从板与所述BMS主板之间形成分层结构。

5.如权利要求4所述的飞行器电池系统，其特征在于，通过另一横纵梁组件将所述后区域划分有多个子区域，且每一个子区域内均部署有电芯组件、低压线束、电气隔离组件、绝缘组件和低压信号采集组件；其中，

6.如权利要求5所述的飞行器电池系统，其特征在于，任意电芯排上所有电芯均通过结构胶与对应子区域的内壁进行粘接，并与其对应的电芯隔离垫均通过结构胶进行粘接；任一电气隔离板的两端均通过结构胶与对应子区域的内壁进行粘接，且其上所设的电压传感器、温度传感器及泡棉均通过结构胶进行粘接；任一绝缘防护云母板均通过结构胶与对应子区域的内壁及对应的横纵梁组件进行粘接。

7.如权利要求6所述的飞行器电池系统，其特征在于，任一电芯均呈硬壳方形状，且其所连的电芯隔离垫均呈回型框状；任一电气隔离板均呈长条形状，其上所设的泡棉均呈方块形状。

8.如权利要求7所述的飞行器电池系统，其特征在于，所述子区域有四个，且两两之间呈对称结构；任一子区域内均设有缓冲绝缘垫，所述缓冲绝缘垫的一端连接其对应电芯组件的外边缘，另一端连接对应子区域内横纵梁组件。

9.如权利要求8所述的飞行器电池系统，其特征在于，所述壳体上还安装有一个低压通信接头；其中，所述低压通信接头与所述低压线束相连。

10.如权利要求9所述的飞行器电池系统，其特征在于，所述两个高压接头均位于所述前区域的壳体上，并均为呈双圆半环形状的高压接插件；所述低压通信接头位于所述前区域的壳体上，并为呈椭圆形状的低压接插件；所述透气防爆阀位于所述前区域的壳体上，呈圆环状；所述壳体由可拆卸安装的上壳体及下壳体组成，且所述上壳体及所述下壳体均呈长条形状并通过密封条实现密封连接；所述上壳体及所述下壳体上均焊接有多个梯形状的吊耳。