CN101916883B - 电池组及其成组方法、电动车 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种电池组及其成组方法、电动车。其中，该电池组包括两个以上电池单体，还包括：电极连接件，连接于各个电池单体的极柱之间；信号处理电路板，设置在两个以上电池单体处，并连接于电极连接件；中央管理单元，与信号处理电路板相连接。通过本发明，能够使电池组的结构更紧凑。
Description
技术领域
本发明涉及一种电池组及其成组方法、电动车。
背景技术
动力电池组是电动汽车的核心部件，其为电动汽车提供电能，从而驱动车辆行驶。由于在车辆中使用的动力电池一般需要较高的电压水平，所以常常需要将几十、上百块电池单体串联而成。当单体容量较小时，还需要将多个单体并联，再进行串联。为了保障电池的安全使用、提高电池组寿命，需要一套电池管理系统通过相关传感器采集电池单体的电压、电流、温度等信息，对电池单体进行状态检测、安全保护和充放电控制。除此之外，一般还需要对电池单体进行均衡，例如通过设置旁通分流回路来控制各个电池单体的充放电电流从而使各电池单体的电压保持一致。因此，电池成组工作不仅需要将电池单体的极柱进行电学串并联连接形成主电流回路，还需要将电池管理系统的相关电压、电流、温度测试传感器连接线及均衡电路连接导线安装在需要的位置，并将上述部件安装到一个具有一定刚度和强度的电池箱中。上述部件构成了一个电池组，而上述工作则称之为电池成组工作。
一般来说，一个电动汽车用电池组一般由至少约一百个电池单体组成，且需要测量每个电池单体上的电压，并对每个单体进行均衡，还需要从一部分电池单体上安装温度传感器并连接测量信号导线。假设均衡电路和单体电压测量电路可以合并在一起，且为50％的电池单体安装温度传感器，这样每个单体上平均需要连接的测量信号线为2根，整个电池组的测量信号导线则至少在两百根以上，而且长导线传递模拟电压信号很容易被干扰。所有测量信号导线都需要连接至电池管理系统。
为了减少导线长度以提高信号精度，相关技术中提出了一种电池管理系统，该种电池管理系统一般采用分布式结构。分布式电池管理系统包含一个中心控制模块和几个分布式信号处理模块。分布式信号处理模块连接其周围几个电池单体的测量信号导线，经过信号处理后通过总线将信息发送至中心控制模块。
虽然上述的分布式电池管理系统减少了导线长度，但仍然需要通过导线将电池单体的模拟信号与分布式信号处理模块连接，电池组内依然存在大量导线。且测量导线往往是通过螺栓与电池极柱连接，增加了成组工作复杂度，且存在更多的潜在故障点。
发明内容
针对电池管理系统中导线数量比较多的问题而提出本发明，为此，本发明的主要目的在于提供一种电池组及其成组方法、电动车，以解决上述问题。
为了实现上述目的，根据本发明的一个方面，提供了一种电池组。
根据本发明的电池组包括两个以上电池单体，还包括电极连接件，连接于各个电池单体的极柱之间；信号处理电路板，设置在各个电池单体处，并连接于电极连接件；中央管理单元，与信号处理电路板相连接。
进一步地，信号处理电路板为一个或多个，每个信号处理电路板对应一个或多个电池单体，其中，在信号处理电路板上设置有电压检测电路，电压检测电路与电极连接件相连接。
进一步地，电池单体的极柱位于电池单体的一个面或两个面上，其中，信号处理电路板位于电池单体具有极柱的面上。
进一步地，信号处理电路板上具有镂空部，电池单体的极柱穿过镂空部以经由电极连接件与信号处理电路板相连接。
进一步地，电极连接件位于信号处理电路板的上方，并具有向下延伸的折弯部，折弯部与信号处理电路板相连接，其中，折弯部包括U形的弹性弯曲段和从弹性弯曲段向下延伸的直线段。
进一步地，折弯部与信号处理电路板采用以下方式之一进行连接：折弯部的弹性弯曲段与信号处理电路板采用螺栓相连接；或者，折弯部的弹性弯曲段与信号处理电路板相焊接。
进一步地，电极连接件位于信号处理电路板的上方，并且在电极连接件上设置有电路引脚，电极连接件经由电路引脚与信号处理电路板相连接。
进一步地，信号处理电路板上还设置有通讯电路，中央管理单元经由信号总线与信号处理电路板的通讯电路相连接，其中，信号总线为CAN总线或RS线。
为了实现上述目的，根据本发明的另一方面，提供了一种电动车，该电动车具有上述的任意一种电池组。
为了实现上述目的，根据本发明的另一方面，提供了一种电池组的成组方法。该电池组的成组方法包括以下步骤：将两个或两个以上的电池单体组成一个电池模组；将信号处理电路板覆于电池模组上；使用电极连接件将电池单体之间相连接，以及电池单体与信号处理电路板相连接；将信号处理电路板与中央管理单元相连接。
通过本发明，采用具有以下结构的电池组：包括两个或两个以上电池单体，还包括：电极连接件，连接于各个电池单体的极柱之间；信号处理电路板，设置在两个以上电池单体处，并连接于电极连接件；中央管理单元，与信号处理电路板相连接，解决了电池管理系统中导线数量比较多的问题，进而达到了使电池管理系统中电池组的结构更紧凑的效果。
附图说明
此处所说明的附图用来提供对本发明的进一步理解，构成本申请的一部分，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。在附图中：
图1是根据本发明实施例的电池组的示意图；
图2是根据本发明实施例的图1中A部分的局部放大图；
图3是根据本发明实施例的图1的俯视图；
图4是根据本发明实施例的电池组的成组方法的流程图。
具体实施方式
需要说明的是，在不冲突的情况下，本申请中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。下面将参考附图并结合实施例来详细说明本发明。
根据本发明的实施例，提供了一种电池组及其成组方法、电动车。
如图1所示，根据本发明实施例的电池组包括两个或两个以上电池单体1，还包括：电极连接件4，连接于各个电池单体1的极柱2之间；信号处理电路板3，设置在各个电池单体1处，并连接于电极连接件4；中央管理单元6，与信号处理电路板3相连接。
在该实施例中，由于信号处理电路板3设置在电池单体1处，即，可以将信号处理电路板3安装在非常靠近电池单体的极柱2的位置，例如，信号处理电路板3可以与电池单体1相邻设置或者与电池单体1相接触，从而最大程度地缩短了电池单体的极柱2与信号处理电路板3之间的距离，使得只需通过电极连接件4即可完成电池单体极柱2与信号处理电路板3的电路连接，而无需单独通过导线进行连接，而且即使电池单体极柱2通过导线或引脚与信号处理电路板3相连接，也可以加大的减小连接距离。
信号处理电路板安装在电池单体的表面上，优选地，该表面为电池单体电极(或极柱)所在的表面，信号处理电路板上对应电池单体电极位置处可以为镂空，从而使电池单体电极可从信号处理电路板中穿过；电极连接件为导电体，其安装在电池单体的电极上，电极连接件可将两个电池单体电极进行电路连接，电极连接件还可以与信号处理电路板连接从而使得信号处理电路板可以测量电池单体电极的电位；信号处理电路板和中央管理单元之间通过信号总线连接，使信号处理电路板可与中央管理单元交换信息；电池单体可以固定在电池箱内。
如图所示，电池单体1顶部引出极柱2，相邻两个电池单体1依照极性交错的方式摆放在电池箱7内。电池单体1与电池箱7的固定方式有很多种，可通过与电池箱紧密接触的方式实现电池单体1与电池箱7的固定，也可通过在电池单体1底部安装螺钉的方式实现与电池箱7的固定，也可以通过在电池单体1四周放置弹性装置的方式将电池单体1挤压在电池箱7内。中央管理单元6的布置方法也有很多种，可将中央管理管理单元6紧挨电池单体1通过摩擦压紧方式固定在电池箱7内，也可将中央管理单元6通过螺钉在电池箱1外表面，还可将电池管理单元6固定电池箱1外的其它部件上，比如将电池管理单元6布置于车辆前舱等控制部件安装空间。
对于本图所示的电池单体1，电池单体极柱2朝上放置在电池箱7内，信号处理电路板则直接放置在电池单体1的上表面。如果电池单体极柱2朝向其它方向放置在电池箱内，则信号处理电路板3则放置在电池单体带有极柱2的一面上。如果电池单体的极柱2分布在电池单体1的两个面上，则信号处理电路板3可放置在电池单体任一带有极柱2的面上，另一极通过导体连接至信号处理板。
信号处理电路板3上对应电池单体极柱2的位置可以为镂空结构，使得信号处理电路板3放置在电池单体1上时电池单体的极柱2可以从信号处理电路板3中穿过，从而使得信号处理电路板3可以紧挨电池单体1放置。信号处理电路板3无需增加外壳，可以直接放置在电池单体1的表面上，从而节省空间。信号处理电路板3的大小根据应用场合而定，即可以只覆盖一个电池单体1，也可以向本图中所示覆盖多个电池单体1，甚至可以覆盖整个电池箱7内的所有电池单体1。
信号处理电路板3上印制有电路，电路上有用于对电池单体极柱2电位进行测量和信号处理的电路。例如，上述的电路可以为电位采集电路，可以通过AD数模采样芯片实现，也可以通过带有AD数模采样功能的单片机实现。在信号处理电路板3上设置有电压检测电路，该电压检测电路与电极连接件4相连接，电路上还有用于与中央管理单元6通讯的电路，通信电路的通讯可以通过很多种方式实现，例如，可以采用CAN网络通讯，还可以采用RS232、RS485、Flexray等其它通讯方式。通讯物理介质可以采用光纤、屏蔽电缆、无线通信等多种方式。信号处理电路板3上还可以配有均衡电路，用于对电池单体1进行均衡。信号处理电路板3的供电可以采用多种方式。可以在信号总线5中为信号处理电路板3提供两根供电线路，例如增加两根导线用于提供5V直流电源。信号处理电路板3也可以通过其连接的电池单体的极柱2进行供电。信号处理电路板3还可以通过自身配备电池供电。
电极连接件4用导电材料制成，可以用铜、铝、银、金等导电材料，一般常用铜。电极连接件4用于连接相邻电池单体的极柱2，从而将电池组内各电池单体1在电学上连接起来。电极连接件4与电池单体极柱2的连接方法有很多种：如果电池单体的极柱2为圆柱形，电极连接件4可以通过在两端开孔，电池单体电极2上可以加工螺纹，从而通过螺栓压紧的方法实现电极连接件4与电池单体1的链接；如果电池单体的极柱2为金属片，则可以通过在电池单体的极柱2上开孔，将电极连接件4从孔中穿过，通过焊接的方式将两者连接。电极连接件4与信号处理电路板3之间的连接可以通过很多方式完成。可以将电极连接件3折弯，并在信号处理电路板3上打孔，将电极连接件折弯后的部分穿过信号处理电路板3后将两者焊接起来，同时完成电路连接，使得信号处理电路板3可以测量电池单体极柱3的电位。除上述方法外，还可以在电极连接件3上加装电路引脚，而后将电路引脚插入信号处理电路板3的焊接孔中，并通过焊接连接。电极连接件3上可以通过螺栓连接加装电路引脚，也可以通过焊接加装电路引脚。
如图2所示，电极连接件4位于信号处理电路板3的上方，并具有向下延伸的折弯部，折弯部与信号处理电路板3相连接，其中，折弯部包括U形的弹性弯曲段和从弹性弯曲段向下延伸的直线段。其中，折弯部与信号处理电路板3采用以下方式之一进行连接：折弯部的弹性弯曲段与信号处理电路板3采用螺栓相连接；或者，折弯部的弹性弯曲段与信号处理电路板相焊接。
信号总线5将信号处理电路板3与中央控制单元6连接使其两个可以进行通讯，信号总线根据通讯协议不同而不同，有很多种选择。可以采用CAN总线通讯，也可以采用RS485等多种通讯方式。CAN总线是汽车中常用的通讯方式，其采用两根导线进行通讯。信号总线5中还可以为信号处理电路板3提供供电线路，例如增加两根导线用于提供5V直流电源。
中央管理单元6负责将信号处理电路板采集得到的电池单体1的电压、温度、电流等信号进行分析，还可以通过信号总线5控制信号处理电路板3上的均衡电路完成对电池单体1的均衡。中央管理单元6可以通过单片机、DSP、PLC甚至数字逻辑器件等多种方式实现。
电池箱7将根据电池单体尺寸进行设计，可以为规则的立方体，也可以根据应用场合设计为不规则的几何体。电池箱体7可以将中央管理单元6包含在箱体内，也可以不包含中央管理单元6，而将中央管理单元6布置在电池箱7外的其他部分。为适应车辆应用，电池箱7应具有一定的强度，从而箱内电池单体，并能够抵抗一定的车辆振动而不发生变形。
上述的电池组可以极大地简化电池成组过程。首先将电池单体1固定在电池箱7内，如果需要，同时也将中央管理单元6一起布置在电池箱7内。而后将电极连接件4与信号处理电路板3连接，在本图给出的示例可以采用将电极连接件4插入信号处理电路板3并焊接完成连接。而后可以将连接号电极连接件4的信号处理电路板3一并放置在电池单体1上，并将电池单体的极柱2穿过信号处理电路板3的镂空，并完成电极连接件4与电池单体极柱2的连接。可以采用本示例给出的螺栓连接压紧的方式完成连接，也可以采用焊接等其他方式。而后将信号总线5与信号处理电路板3和中央管理单元6连接，一般采用插接线缆接插件的方式完成连接。上述连接和固定完成后，即可完成电池箱体的封闭。
信号处理电路板3可以为多个，每个信号处理电路板3对应一个或多个电池单体1，如图3所示，可以每3个电池单体对应一个信号处理电路板3，其中，在信号处理电路板3上设置有电压检测电路，电压检测电路与电极连接件4相连接。
电池单体1的极柱2位于电池单体1的一个面或两个面上，其中，信号处理电路板3位于电池单体1具有极柱2的面上，在电池单体1的极柱2位于电池单体1的两个面上的情况下，信号处理电路板3可以位于电池单体1的一个面或者两个面上，或者电池单体1具有极柱2的一个面或者两个面上。
电极连接件4与电池单体1通过螺栓相连接，其中，电池单体的极柱2上设置有螺纹和拧紧面，电极连接件4上设置有环状结构，电极连接件经由螺母以及螺纹和拧紧面压紧在电池单体的极柱2上。
中央管理单元6经由信号总线5与信号处理电路板3相连接，其中，信号总线5为CAN总线或RS485线。进一步，信号总线可以采用四根导线实现，两根导线用于总线通讯，例如CAN总线，另两根导线用于给信号处理电路板供电。信号处理电路板的供电也可以从所管理的电池上取电。信号处理电路板还可以由自身配备的电池供电。
电极连接件与信号处理电路板的电路连接可以通过焊接完成，通过在电极连接件上设计一个焊脚，在信号处理电路板上设计一个焊盘，将电极连接件的焊脚焊接在信号处理电路板上的焊盘上实现两者的连接。
电极连接件上可以安装温度传感器，由于通过电极连接件具备良好的导热特性使得温度传感器测量到的温度接近电池电极温度，且温度传感器信号导线可就近与信号处理电路板相连。
信号处理电路板上还可设置均衡电路，用于控制调节电池单体容量平衡的均衡电流。
上述给出的电池组仅仅为举例描述。具体的实施方式还有许多可行的方案。例如，电池组还可以包含熔断器、接触器、温度传感器、烟雾传感器、碰撞传感器、主电路电缆、电压传感器、电流传感器、分流器、湿度传感器(结露探测)、冷启动加热电阻、冷却半导体、通风风扇、空调风气道、灭火干冰及喷射阀等部件。还可以在电极连接件4上集成温度传感器等其他部件，从而最大程度减少电池成组工作中所需的连接导线数量。
本发明实施例还提供了一种电动车，该电动车可以具有上述任一实施例中的电池组。
如图4所示，本发明还提供了一种电池组的成组方法，包括以下步骤：
步骤S402，将两个以上的电池单体组成一个电池模组。具体地，可以以一定数量的电池单体组成一个模组。
步骤S404，将信号处理电路板覆于电池模组上。
步骤S406，使用电极连接件将电池单体之间，以及电池单体与信号处理电路板进行电气连接。
步骤S408，将信号处理电路板与中央管理单元相连接。
上述方法还可以包括将所有模组和中央管理单元安装在箱体内，并用电极连接件将各模组按顺序连接在一起，以构成电池的电路主回路；用信号总线将信号处理电路板和中央管理单元连接；以及将电池箱封闭。
从以上的描述中，可以看出，本发明通过将信号处理电路3板安装在非常靠近电池单体的极柱2的位置，不仅减少了电池组中需要连接的测量信号导线数量，还节省了电池箱内的空间，使电池组在空间上可以更紧凑。还极大程度降低了潜在的由于连接导线引起故障，提高了系统的电磁兼容性能。同时，由于减少了大量导线焊接连接工作，简化了电池成组过程，减轻了劳动强度，提高了生产效率。由于省去了很多导线，也降低了电池组的成本。
以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (8)
1.一种电池组，包括两个以上电池单体(1)，其特征在于还包括：
电极连接件(4)，连接于各个所述电池单体(1)的极柱(2)之间；
信号处理电路板(3)，设置在各个所述电池单体(1)处，并连接于所述电极连接件(4)；
中央管理单元(6)，与所述信号处理电路板(3)相连接，
其中，所述电极连接件(4)上安装有温度传感器，所述温度传感器的信号导线就近与所述信号处理电路板(3)相连，
其中，所述信号处理电路板(3)上具有镂空部，所述电池单体(1)的极柱(2)穿过所述镂空部以经由所述电极连接件(4)与所述信号处理电路板(3)相连接，
其中，所述电极连接件(4)位于所述信号处理电路板(3)的上方，并具有向下延伸的折弯部，所述折弯部与所述信号处理电路板(3)相连接，其中，所述折弯部包括U形的弹性弯曲段和从所述弹性弯曲段向下延伸的直线段，
所述电池组还包括：
信号总线(5)，用于连接所述信号处理电路板(3)与中央管理单元(6)，所述中央管理单元(6)还用于通过信号总线(5)控制信号处理电路板(3)上的均衡电路完成对电池单体1的均衡。
2.根据权利要求1所述的电池组，其特征在于，所述信号处理电路板(3)为一个或多个，每个所述信号处理电路板(3)对应一个或多个所述电池单体(1)，其中，在所述信号处理电路板(3)上设置有电压检测电路，所述电压检测电路与所述电极连接件(4)相连接。
3.根据权利要求1所述的电池组，其特征在于，所述电池单体(1)的极柱(2)位于所述电池单体(1)的一个面或两个面上，其中，所述信号处理电路板(3)位于所述电池单体(1)具有所述极柱(2)的面上。
4.根据权利要求1所述的电池组，其特征在于，所述折弯部与所述信号处理电路板(3)采用以下方式之一进行连接：
所述折弯部的弹性弯曲段与所述信号处理电路板(3)采用螺栓相连接；或者，
所述折弯部的弹性弯曲段与信号处理电路板相焊接。
5.根据权利要求1所述的电池组，其特征在于，所述电极连接件(4)位于所述信号处理电路板(3)的上方，并且在所述电极连接件(4)上设置有电路引脚，所述电极连接件(4)经由所述电路引脚与所述信号处理电路板(3)相连接。
6.根据权利要求1至3中任一项所述的电池组，其特征在于，所述信号处理电路板(3)上还设置有通讯电路，所述中央管理单元(6)经由信号总线(5)与所述信号处理电路板(3)的所述通讯电路相连接，其中，所述信号总线(5)为CAN总线或RS485线。
7.一种电动车，其特征在于，具有权利要求1至6中任一项所述的电池组。
8.一种电池组的成组方法，用于权利要求1至6中任一项电池组的成组，其特征在于，包括以下步骤：
将两个以上的电池单体组成一个电池模组；
将信号处理电路板覆于所述电池模组上；
使用电极连接件将所述电池单体之间相连接，以及所述电池单体与所述信号处理电路板相连接；
将所述信号处理电路板与中央管理单元相连接。
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