CN223024279U - 功率开关集成结构、电压转换器、电池包和储能装置 - Google Patents

Abstract

本申请公开了一种功率开关集成结构、电压转换器、电池包和储能装置。本申请的电压转换器的功率开关集成结构包括散热底座、至少一个导热基座和至少一个功率开关元件，导热基座设置在散热底座上；功率开关元件设置在导热基座上。本申请的功率开关集成结构具有良好的散热性能，将至少一个功率开关元件通过导热基座集成设置在散热基座上，功率开关集成结构的整体散热体积较小且散热效果较好。

Description

功率开关集成结构、电压转换器、电池包和储能装置

技术领域

本申请涉及储能技术领域，特别涉及一种功率开关集成结构、电压转换器、电池包和储能装置。

背景技术

目前，储能装置包括一个或多个电池包。电池包主要包括箱体、电压转换器(DC-to-DC Converter，DCDC)和电芯组件。电压转换器在工作状态下会发热，需要散热以保证电池包的正常工作及使用寿命。

其中，MOS管等功率器件是电压转换器的重要组成部分。MOS管工作时会产生大量的热量，需要具有良好的散热方案来进行散热，但是，目前电压转换器中对于功率器件的散热方案，存在散热体积过大、散热效果不佳的问题。

实用新型内容

有鉴于此，本申请旨在至少在一定程度上解决相关技术中的问题之一。为此，本申请的目的在于提供一种功率开关集成结构、电压转换器、电池包和储能装置。

本申请提供一种电压转换器的功率开关集成结构。所述功率开关集成结构包括散热底座、至少一个导热基座和至少一个功率开关元件，所述导热基座设置在所述散热底座上；和所述功率开关元件设置在所述导热基座上。

在某些实施方式中，所述导热基座与所述散热基座之间设有第一导热胶层。

在某些实施方式中，所述散热基座上设有至少一个限位件，所述导热基座与所述散热基座通过所述限位件进行限位。

在某些实施方式中，所述导热基座与所述功率开关元件之间设有第二导热胶层。

在某些实施方式中，所述散热底座包括设置所述导热基座和所述功率开关元件的第一面和与所述第一面相背的第二面，所述散热底座的所述第一面上设有定位件，所述散热底座通过所述定位件定位安装在所述电压转换器的电压转换板上，所述功率开关集成结构通过所述定位件定位后焊接在所述电压转换板上；所述散热底座的所述第二面与所述散热支架贴合。

在某些实施方式中，所述散热底座的所述第二面涂抹有导热绝缘材料。

在某些实施方式中，所述电压转换板设有第一固定孔，所述散热底座上设有与所述第一固定孔对应的第二固定孔，所述散热支架上设有与所述第一固定孔及所述第二固定孔对应的第三固定孔，使用螺钉或螺栓穿过所述第一固定孔、所述第二固定孔和所述第三固定孔，以使所述散热底座的所述第二面与所述散热支架贴合。

本申请还提供一种电压转换器。电压转换器包括散热支架、电压转换板和上述实施方式中任一项所述的功率开关集成结构，所述功率开关集成结构安装在所述电压转换板上，所述电压转换板安装在所述散热支架上。

本申请还提供一种电池包。所述电池包包括箱体、电芯组件和上述实施方式中所述的电压转换器。

本申请还提供一种储能装置。所述储能装置包括上述实施方式中所述的电池包。

本申请的功率开关集成结构具有良好的散热性能，将至少一个功率开关元件通过导热基座集成设置在散热基座上，功率开关集成结构的整体散热体积较小且散热效果较好。

本申请的附加方面和优点将在下面的描述中部分给出，部分将从下面的描述中变得明显，或通过本申请的实践了解到。

附图说明

本申请上述的和/或附加的方面和优点从下面结合附图对实施例的描述中将变得明显和容易理解，其中：

图1是本申请某些实施方式的储能装置的结构示意图；

图2是本申请某些实施方式的电池包的结构示意图；

图3是本申请某些实施方式的电池包中具有电芯组件的结构示意图；

图4是本申请某些实施方式的电压转换器的结构示意图；

图5是本申请某些实施方式的电压转换器的结构示意图；

图6是本申请某些实施方式的电压转换器中功率开关集成结构的结构示意图；

图7是本申请某些实施方式的电压转换器的结构示意图；

图8是本申请某些实施方式的电压转换器的结构示意图。

附图主要标记说明：

储能装置1000；

电池包100；控制单元200；底座300；

电压转换器10；功率开关集成结构11、散热底座111、散热侧壁1111、底板1112、限位件1113、第一面1114、第二面1115、第二固定孔1116、散热孔11121、导热基座112、功率开关元件113、定位件114；电压转换板12、第一固定孔122；散热支架13、第三固定孔131、散热片133；电池管理电路板14；箱体20、电池仓外壳21、第一壳体211、第二壳体212；电芯组件30、铜排31、总正铜排311、总负铜排312。

具体实施方式

下面详细描述本申请的实施方式，所述实施方式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方式是示例性的，仅用于解释本申请，而不能理解为对本申请的限制。

在本申请的描述中，其中，术语“第一”、“第二”仅仅用于描述目的，不能理解为指示或暗示相对重要性，或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。在本申请的描述中，“多个”的含义是两个或两个以上，除非另有明确具体地限定。

在本申请的描述中，需要说明的是，除另写有明确的规定和限定，其中的术语“安装”、“连接”应做广义理解，可以指的是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接或可以相互通信；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申请中的具体含义。

下文的公开提供了许多不同的实施方式或例子用来实现本申请的不同结构。为了简化本申请的公开，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申请。另外，本申请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方式和/或设置之间的关系。

下面详细描述本申请的实施方式，所述实施方式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方式是示例性的，仅用于解释本申请，而不能理解为对本申请的限制。

请参阅图1和图2，本申请公开了一种储能装置1000。储能装置1000包括电池包100。储能装置100包括电池包100、控制单元200与底座300。电池包100的数量可以为至少两个，至少两个电池包100依次堆叠设置在底座300和控制单元200之间。底座300用于支撑电池包100。控制单元200位于电池包100的顶部。控制单元200与电池包100电连接。例如，控制单元200可以用于控制电池包100的充电、放电或使用状况等。

请参阅图2和图3，本申请的电池包100包括电压转换器10、箱体20和电芯组件30。控制单元200可以与电压转换器10和/或负载电连接。电压转换器10和电芯组件30组装在箱体20的内部，电压转换器10与电芯组件30电连接。

箱体20包括电池仓外壳21，电池仓外壳21内部可以容纳电芯组件30。电芯组件30可以包括多个电芯及连接电芯的电源线、信号线以及铜排31。铜排31包括总正铜排311和总负铜排312。

电池仓外壳21包括相对设置的第一壳体211和第二壳体212。箱体20还包括连接件22，连接件22和电池仓外壳21连接，例如连接件22通过螺钉固定在电池仓外壳21。如图2所示，连接件22可以位于电池仓外壳21的第一壳体211上，部分连接件22超出电池仓外壳21的第一壳体211的顶部。在电池包100堆叠的过程中，超出电池仓外壳21的顶部的部分连接件22用于固定相邻的箱体20的电池仓外壳21。

请一并参阅图4和图5，电压转换器10包括功率开关集成结构11、电压转换板12和散热支架13。功率开关集成结构11安装在电压转换板12上，电压转换板12安装在散热支架13上。

请参阅图6，本申请的功率开关集成结构11包括散热底座111、至少一个导热基座112和至少一个功率开关元件113。导热基座112设置在散热底座111上。功率开关元件113设置在对应的导热基座112上。功率开关元件113为MOS管。

具体地，散热底座111包括散热侧壁1111和底板1112。散热侧壁1111围绕底板1112形成一端具有开口的支撑架。散热底座111可以为如图6所示的一端具有开口的长方体形状，也可以为正方体或其他形状，在此不做限制。散热底座111可以由导热绝缘材料制作而成。

散热底座111的底板1112中间还可以设有与功率开关元件113的引脚位置相对应的散热孔11121，设置散热孔11121有利于对功率开关元件113的引脚的进一步地散热，使得功率开关集成结构11具有更好的散热性能。

散热孔11121的数量可以与功率开关元件113的数量相同，也可以不相同，在此不做限制。例如，图6中，散热孔11121的数量为4个，功率开关元件113的数量为8个。

导热基座112设置在散热底座111的底板1112上。导热基座112可以为导热陶瓷，也可以为由其他导热器件制作而成的基座。导热基座112的数量可以为1个，也可以为多个。

如图6所示，当功率开关集成结构11包括多个导热基座112，且功率开关集成结构11包括多个功率开关元件113时，多个导热基座112可以设置在散热底座111的底板1112上，多个功率开关元件113可以设置在同一个导热基座112上。例如，如图6所示，功率开关集成结构11包括2个导热基座112和8个功率开关元件113，即4个功率开关元件113设置在同一个导热基座112上。

也即是说，功率开关集成结构11中设有一个或多个导热基座112，可以对应设有一个或多个功率开关元件113，即导热基座112的数量与功率开关元件113的数量可以一一对应。对于导热基座112的数量与功率开关元件113的数量，也可以一个导热基座112对应安装固定多个功率开关元件113，在此不做限制。

如此，本申请的功率开关集成结构11具有良好的散热性能，将至少一个功率开关元件113通过导热基座112集成设置在散热基座111上，功率开关集成结构11的整体散热体积较小且散热效果较好。

在某些实施方式中，导热基座112与散热基座111之间设有第一导热胶层。第一导热胶层可以将导热基座112粘贴固定在散热基座111上。

第一导热胶层具有固定导热基座112与散热基座111的作用，第一导热胶层还具有传导导热基座112与散热基座111之间的热量的导热作用。

第一导热胶层可以为导热结构胶，可以先在散热底座111上涂抹导热结构胶，再在导热结构胶上放置导热基座112。

另外，请参阅图6，在导热基座112与散热基座111之间，散热基座111上设有至少一个限位件1113，导热基座112与散热基座111通过限位件1113进行限位。限位件1113可以为定位柱或其他可以起到位置标识作用的元件，限位件1113还可以设置为通孔，在此不做限制。

如图6所示，当限位件1113为定位柱时，导热基座112上设有与该定位柱相对应的定位孔，导热基座112与散热基座111通过定位柱及定位孔进行限位。相反地，限位件1113也可以为定位孔，对应地，导热基座112上设有与该定位孔相对应的定位柱，导热基座112与散热基座111通过定位柱及定位孔进行限位。

在某些实施方式中，导热基座112与功率开关元件113之间设有第二导热胶层。第二导热胶层可以将功率开关元件113粘贴固定在导热基座112上。

第二导热胶层具有固定导热基座112与功率开关元件113的作用，第二导热胶层还具有传导导热基座112与功率开关元件113之间的热量的导热作用。

第二导热胶层也可以为导热结构胶，可以先在功率开关元件113上涂抹导热结构胶，再将功率开关元件113通过导热结构胶粘贴固定在导热基座112上。

具体地，在将功率开关元件113粘贴固定在导热基座112上时，可以通过预设工装将功率开关元件113粘贴在导热基座112上。预设工装的作用是对功率开关元件113粘接定位，同时压紧功率开关元件113，防止后续将预设工装及功率开关集成结构11整体一起放入烤箱烘烤时发生位移。

也即是说，在将导热基座112通过第一导热胶层114粘贴固定在散热基座111上，及将功率开关元件113通过第二导热胶层及预设工装粘贴固定在导热基座112上后，还可以将预设工装和整个功率开关集成结构11放入烤箱中进行烘烤，使第一导热胶层和第二导热胶层完全固化即可。例如，可以设置烤箱的烘烤温度为150℃，烘烤时间为30min。

请一并参阅图4和图6，在某些实施方式中，散热底座111包括设置导热基座112和功率开关元件113的第一面1114和与第一面1114相背的第二面1115。散热底座111的第一面1114上设有定位件114，散热底座111通过定位件114定位安装在电压转换器10的电压转换板12上，功率开关集成结构11通过定位件114定位后焊接在电压转换板12上。散热底座111的第二面1115与散热支架13贴合。

具体地，定位件114可以为定位销，也可以为其他元件，在此不做限制。

请参阅图6和图7，功率开关集成结构11完成烘烤固化导热结构胶后，可以将功率开关集成结构11从第一面1114安装在电压转换板12上。也即是，功率开关集成结构11与电压转换板12可以先通过散热底座111上的定位件114与电压转换板12上的定位孔121进行预定位，然后再将功率开关元件113的MOS管的引脚焊接在电压转换板12上，以将功率开关集成结构11与电压转换板12焊接固定。

其中，定位孔121可以为与定位件114对应形状的孔，例如，当定位件114为方形定位销时，定位孔121也可以方形孔。

在某些实施方式中，散热底座111的第二面1115涂抹有导热绝缘材料。导热绝缘材料可以为导热硅脂。

具体地，在将功率开关集成结构11焊接在电压转换板12上后，可以在散热底座111的底部平面涂抹导热硅脂，即在第二面1115涂抹有导热绝缘材料，然后再将整个电压转换板12固定在散热支架13上。

请参阅图8，在某些实施方式中，电压转换板12设有第一固定孔122，散热底座111上设有与第一固定孔122对应的第二固定孔1116，散热支架13上设有与第一固定孔122及第二固定孔1116对应的第三固定孔131，使用螺钉或螺栓穿过第一固定孔122、第二固定孔1116和第三固定孔131，以使散热底座111的第二面1115与散热支架13贴合。

具体地，在将安装有功率开关集成结构11的电压转换板12固定安装在散热支架13上时，可以用螺钉或螺栓依次穿过第一固定孔122、第二固定孔1116和第三固定孔131，以使散热底座111的第二面1115与散热支架13贴合，可以使功率开关集成结构11紧紧贴合在散热支架13上，保证电压转换器10具有良好的散热性能。

请参阅图2和图7，散热支架13还包括散热片133。散热片133可以基于传热学原理对电压转换器10进行散热，确保电压转换器10在高温环境下仍能正常运行。

请参阅图5，在某些实施方式中，电压转换板12包括支撑柱。电压转换器10还包括电池管理电路板14，电池管理电路板14通过支撑柱安装在电压转换板12上。支撑柱可以为六角铜柱，可以设置4个支撑柱，4个支撑柱分别设置在电压转换板12的4个角。

也即是，本申请的电压转换器10中电压转换板12与电池管理电路板14的集成为一体设置，使得本申请的电压转换器10可以应用于大容量户储的储能方案，大容量的存储能量例如为280Ah。

本申请的电压转换器10中电压转换板12与电池管理电路板14的集成为一体设置，还能够在有限的电压转换器10的空间内，例如电压转换器10的面积为233*245，让出更大的空间给电压转换器10进行布局，且可以使电压转换器10的功率达到预设大功率值，预设大功率值例如为3.5KW或其他值，在此不做限制。

以上实施例仅表达了本申请的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对本申请专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本申请构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本申请的保护范围。因此，本申请专利的保护范围应以所附权利要求为准。

Claims (9)

1.一种电压转换器的功率开关集成结构，其特征在于，所述功率开关集成结构包括：

散热底座；

至少一个导热基座，所述导热基座设置在所述散热底座上；和

至少一个功率开关元件，所述功率开关元件设置在所述导热基座上；

所述散热底座包括设置所述导热基座和所述功率开关元件的第一面和与第一面相背的第二面，所述散热底座的所述第一面上设有定位件，所述散热底座通过所述定位件定位安装在所述电压转换器的电压转换板上，所述功率开关集成结构通过所述定位件定位后焊接在所述电压转换板上；所述散热底座的所述第二面与散热支架贴合。

2.根据权利要求1所述的功率开关集成结构，其特征在于，所述导热基座与所述散热底座之间设有第一导热胶层。

3.根据权利要求1所述的功率开关集成结构，其特征在于，所述散热底座上设有至少一个限位件，所述导热基座与所述散热底座通过所述限位件进行限位。

4.根据权利要求1所述的功率开关集成结构，其特征在于，所述导热基座与所述功率开关元件之间设有第二导热胶层。

5.根据权利要求1所述的功率开关集成结构，其特征在于，所述散热底座的所述第二面涂抹有导热绝缘材料。

6.根据权利要求1所述的功率开关集成结构，其特征在于，所述电压转换板设有第一固定孔，所述散热底座上设有与所述第一固定孔对应的第二固定孔，所述散热支架上设有与所述第一固定孔及所述第二固定孔对应的第三固定孔，使用螺钉或螺栓穿过所述第一固定孔、所述第二固定孔和所述第三固定孔，以使所述散热底座的所述第二面与所述散热支架贴合。

7.一种电压转换器，其特征在于，所述电压转换器包括散热支架、电压转换板和权利要求1至6任一项所述的功率开关集成结构，所述功率开关集成结构安装在所述电压转换板上，所述电压转换板安装在所述散热支架上。

8.一种电池包，其特征在于，所述电池包包括箱体、电芯组件和上述权利要求7所述的电压转换器。

9.一种储能装置，其特征在于，所述储能装置包括上述权利要求8所述的电池包。