CN103098166B - 具有连接装置的电池组 - Google Patents

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Abstract

一种用于电动或混合动力车辆的电池组，该电池组具有用于串联连接电池的电池连接器，并且公开了一种电池连接器，该电池连接器降低了在组装、维修期间以及紧急情况下的潜在触电的风险。电池连接器包括断路器，该断路器具有在发生车辆涉及碰撞的情况下断开的能力。

Description

具有连接装置的电池组
交叉引用
本申请要求2010年9月2日提交的美国专利申请12/874,798的优先权，其全部内容通过参引并入本文中。在美国方面来说，本申请是2010年9月2日提交的美国专利申请12/874,798的部分继续申请。
技术领域
本发明涉及一种用于电动或混合动力车辆的电池组，并且更具体地涉及具有用于连接电池组的高压电池的装置的电池组。
背景技术
用于电动车辆的电池组包括多个高压电池，这些高压电池通常通过连接电池的正电极和负电极的高规线(highgaugewire)而串联连接。在电动车辆中，当所有的电池被连接在一起时，电池组的总电压能够达到400伏。
电池组通常由技术人员用高规线将所有的电池串联连接在一起来手动地组装。电池组的总电压随着连接每个新电池而增大。当电池组的总电压增大时，对于将电池连接在一起的技术人员而言触电的风险也增大，因为他们基本上通过他们所使用的工具和对高规线的操作而与电池电极接触。当连接电池的电极时必须小心以避免直接接触电源，这是由于在这些高压下，可以循环有高电流，该高电流会暂时地使不能够使自己快速脱离直接接触的技术人员丧失能力。为此，安排有监测电池组的组装以准备好在发生与电池电极直接接触的情况下进行干涉的第二技术人员已经变成了行业中的标准操作规程。
出于相同的原因，胜任的技术人员在维修电池组时必须小心，并且对于不了解风险的临时充当技术人员的未经过入门培训人员而言，更是如此。高压电池组优选地被密封以避免由未经培训的工作者对电池的任何操作。
而且，电动车辆中的高压电池组在车辆涉及事故时会变得危险。在一些环境下，车辆的电池组会被损坏或变得暴露或可以与车辆的框架或车辆的其他部件短路，从而使乘客和抢修人员受到潜在的触电的影响。
因此，需要用于连接用于电动车辆的电池组的高压电池的装置，该装置降低在组装、维修期间和在紧急情况下潜在的触电风险。
发明内容
本发明的目的是改善存在于现有技术中的不便之处中的至少一些。
本发明的目的还在于提供具有用于连接高压电池的连接装置的电池组，该连接装置降低或消除在组装和维修高压电池组期间的潜在触电风险。
本发明的另一目的在于提供具有用于连接高压电池的连接装置的电池组，该连接装置适于在发生紧急情况时使高压电池断开。
在一方面，本发明提供用于电动或混合动力车辆的电池组，该电池组具有通过电池连接器串联连接的多个电池，每个电池具有正电极和负电极；每个电池连接器包括：由电绝缘材料制成的一对电池电极盖，该一对电池盖安装在两个相邻的电池的电池电极上，每个电池电极盖具有接收区域以及使电池电极进入的孔；连接-断开安全装置，该连接-断开安全装置具有由导电材料制成的导电元件以及断路器，该导电元件插入电极盖的接收区域中，用于电连接两个相邻的电池，导电元件的中央部分穿过断路器，该断路器包括烟火药料以及机械切断器，该机械切断器适于在车辆涉及碰撞的情况下切断导电元件的中央部分，从而使电池的串联连接断开；以及一对紧固件，该一对紧固件用于将导电元件固定至两个相邻的电池的电极。
在本发明的一方面，断路器包括由电绝缘加强塑料材料制成的壳体。
在本发明的另一方面，机械切断器包括与导电部件的中央部分对齐的楔状部，该楔状部通过烟火药料致动，该楔状部在发生碰撞的情况下切断导电元件的中央部分。有利地，断路器包括点火器，该点火器点燃烟火药料，该点火器通过从车辆的检测碰撞的电子控制单元(ECU)接收的电信号而被触发。
在本发明的另一方面，一对紧固件中的每个紧固件定位在电池电极盖中的一个的内部，每个紧固件包括由金属制成的螺纹部分和由非导电材料制成的电绝缘部分，紧固件的电绝缘部分可通过电池电极盖的孔进入，用于将紧固件紧固在电池电极上。
在本发明的再一方面，每个电池电极盖包括适于安装到电池电极上的第一部分、以及安装到第一部分上的第二部分，以限定接收区域，该第二部分具有用于使紧固件进入的孔。
在另一方面，本发明提供了用于串联连接多个电池以形成电池组的电池连接器，该电池连接器包括：由电绝缘材料制成的一对电池电极盖，该一对电池电极盖用于安装到两个相邻的电池的电池电极上，每个电池电极盖具有用于使电池电极进入的接收区域和孔；连接-断开安全装置，该连接-断开安全装置具有由导电材料制成的导电元件和断路器，该导电元件插入电极盖的接收区域中以电连接两个相邻的电池，导电元件的中央部分穿过该断路器，该断路器包括烟火药料和机械切断器，该机械切断器适于在车辆涉及碰撞的情况下切断导电元件的中央部分，从而使电池的串联连接断开；以及一对紧固件，该一对紧固件用于将连接桥接件固定到两个相邻的电池的电极，每个紧固件定位在该一对电池电极盖中的一个的内部，每个紧固件包括由金属制成的螺纹部分以及由非导电材料制成的电绝缘部分，紧固件的该电绝缘部分可通过电池电极盖的孔进入。
本发明的实施方式每一个具有上述目的和/或方面中的至少一个，但不必要具有全部。应当理解的是，本发明的由试图达到上述目的而产生的一些方面可以不满足这些目的和/或可以满足未在本文中具体阐述的其他目的。
根据以下描述、附图和所附权利要求，本发明的实施方式的附加的和/或可替代的特征、方面和优点将变得明显。
附图说明
为了更好地理解本发明及其其他方面和另外的特征，对结合附图使用的以下描述进行参照，其中：
图1是根据本发明的实施方式的通过电池连接器串联连接的汽车电池组的一部分的向下的前视立体图；
图2是图1中示出的电池组的向下的前视立体图，其中电池连接器以分解图示出；
图3是图1中示出的电池组的俯视平面图；
图4是图1中示出的电池组的正视图；
图5是连接-断开安全装置的内部部件的示意图；
图6是根据本发明的另一实施方式的通过电池连接器串联连接的汽车电池组的一部分的向下的前视立体图；
图7是图6中示出的电池组的向下的前视立体图，其中，电池连接器以分解图示出；
图8是电池组的向下的前视立体图，其中，示出了在连接到相邻的电池的电极之前预组装的图7的电池连接器；
图9是电池组的向下的前视立体图，其中，示出了连接到相邻电池的电极的图8的预组装的电池连接器。
具体实施方式
参照图1，示出了汽车电池组10的一部分，该汽车电池组10包括通过电池连接器14串联连接的多个电池12a、12b、12c...。在图1中，电池12a的正电极连接到电池12b的负电极，并且电池12b的正电极连接到电池12c的负电极。每个电池连接器14包括由电绝缘塑料制成的电池电极盖16、连接-断开安全装置18和适于将连接-断开安全装置18的末端连接到相邻电池的正电极和负电极的一对紧固件20。
参照图2，示出了汽车电池组10的一部分，其中，电池连接器14处于不同组装阶段；电池12a的负电极22的电池电极盖16以完全分解的视图示出。电极盖16包括第一部分16a，该第一部分16a具有适于卡扣在电极22的凸出部上的孔17。第一部分16a还以L形脊部19为特征，该L形脊部19限定接收区域21，当电池被连接时，连接-断开安全装置18被接收在该接收区域21中。电极盖16包括第二部分16b，该第二部分16b通过螺钉25紧固到第一部分16a。当组装时，第一部分16a和第二部分16b限定电池连接器14的接收区域21。第二部分16b包括用于接收紧固件20的孔23。孔23具有与紧固件20的圆形中间部分32的直径相符的特定直径。紧固件20包括由金属制成的螺纹部分34和由非导电材料制成的电绝缘部分35。电绝缘部分35包括头部31、圆形中间部分32和脊状止挡部33。如之前提到的，第二部分16b的孔23具有与中间部分32的直径相符的特定直径，使得当电极盖16的第一部分16a和第二部分16b被组装时，紧固件20通过脊状止挡部33而被限制在内部。紧固件20的金属的螺纹部分34通过电绝缘部分35隔离，使得当技术人员将紧固件20上紧到电池电极22上时没有触电的危险。而且，由于紧固件20的螺纹部分34被限制在电极盖16内，因此防止了技术人员触碰到紧固件20的金属的螺纹部分34。
电池连接器14的实际连接部件是连接-断开安全装置18。连接-断开安全装置18包括由导电金属、例如铜制成的导电元件41和断路器43。导电元件41的中央部分穿过断路器43。断路器43是适于在发生车辆涉及碰撞的情况下切断导电元件41的中央部分的烟火装置。断路器43包括小型烟火药料，该小型烟火药料在被触发时在机械切断器上产生冲击载荷，机械切断器切断导电元件41的中央部分，从而与相邻的电池断开。
在如图5中示出的特定实施方式中，断路器43包括与导电部件41的中央部分53对齐的楔状部，该楔状部通过烟火药料55致动，该楔状部在发生碰撞的情况下永久性地切断导电元件41的中央部分53。从车辆的检测碰撞的电子控制单元(ECU)接收的电信号触发点火器57，该点火器57点燃烟火药料55，该烟火药料55在压力板59上产生冲击，该冲击立即推动楔状部51抵靠导电部件41的中央部分54，从而切断导电元件41并且断开高压电池组10的所有电池12a、12b、12c等之间的电连接。
通过在碰撞情况期间被触发，连接-断开安全装置18防止潜在的短路，从而为电池12a、12b、12c...提供电路保护并且防止整个电池组10与车辆框架发生短路。这通过利用小型烟火药料来执行，该小型烟火药料快速并且安全地使串联连接的电池12a、12b、12c...断开，从而使每个电池与其他部分隔离并且有效地将电池组10的电压降到最低。
如图2所示，连接-断开安全装置18的导电元件41包括穿过断路器43的由导电金属的长形件，其中，末端37和末端38各包括用于接收紧固件20的螺纹部分34的孔39。导电元件41的中央部分55(图5)被限制在断路器43的由电绝缘加强塑料制成的壳体44内以防止技术人员的手与导电元件41之间的直接接触，使得电池12a、12b、12c...的串联连接可以安全地进行。断路器43的所有部件位于电绝缘壳体44中。导电元件41的末端37和38不是电绝缘的，使得当连接-断开安全装置18安装到电极盖16的接收区域21中时，导电金属可以直接接触正电极或负电极22，以电连接两个相邻的电池12a、12b、12c...。
电极盖16以下述方式组装并安装在电池电极22上：第一部分16a和第二部分16b通过螺钉25组装在一起，其中紧固件20被限制在电极盖16内；整个组件通过第一部分16a的孔17而定位在电池电极22上。电极盖16通过将螺钉26拧入与电池电极22邻近的螺纹凸出部27中而固定至电池12。一旦将电极盖16安装在电池电极22上，则将连接-断开安全装置18的导电元件41的末端37和38插入相邻电池的电极盖16的接收区域21中，从而将一个电池的正电极22电连接至相邻电池的负电极22。
参照图3，电极盖16安装在电池12a和12b的电极22上，并且连接-断开安全装置18插入相邻的电池的电极盖16的接收区域21中，从而以串联的方式电连接电池12a和12b。紧固件20的电绝缘部分35可通过电极盖16的孔23进入。紧固件20的螺纹部分34插入导电元件41的每个末端37、38的孔39中，并且拧入并上紧到电池电极22中，从而将连接-断开安全装置18的导电元件41的末端37、38按压在电极22上并且确保相邻电池之间的有效电连接。如可以在图3和图4中所看到的，一旦将连接-断开安全装置18安装到电极盖16中，只有定位在相邻电池之间的短路器43保持暴露，从而防止了技术人员的手与导电元件41的导电金属之间的任何直接接触。
因此，两个相邻的电池之间的电连接与直接接触电隔离，从而确保电池组10没有潜在触电的危险。
在包括串联连接的多个电池的电池组10的组装期间，电池组10的总电压随着每个新的电池的连接而增大。当电池组的总电压随着每个新的电池被增加到电池组而增大时，通过使用电池连接器14，对于之前描述的将电池连接在一起的技术人员而言的触电风险即使没有被完全消除也被明显地降低，这是由于电池连接器14在每个组装步骤中将技术人员与高电压电池隔离。绝不使技术人员暴露而与电池组10的导电元件直接接触，从而使电池组10及其组装安全和可靠。
在发生碰撞的情况下，用于连接电池12a、12b、12c...的连接-断开安全装置18，即，形成高压电池组10的电池之间的连接被切断，从而将电池组的电压降到最低。连接-断开安全装置18的紧急断开能力有效地降低了在发生事故的情况下由电池组10中的一个或更多个电池12a、12b、12c...与车辆自身之间的短路引发的触电的风险。
参照图6和图7，示出了通过一对U形补充连接器75连接到电池12a、12b的电极盖16的连接-断开安全装置18，该一对U形补充连接器75为组装提供了一定程度的挠性，使得电池12a、12b之间的相对运动可以被U形补充连接器75吸收，从而基本上减小了这种相对运动在连接-断开安全装置18的导电元件41上的、会导致引起失效的疲劳的潜在压力和张力。
为了容置补充连接器75，连接-断开安全装置18相对于在图1-图4中示出的实施方式旋转了180°，使得其导电元件41定位在电池12a、12b的电极盖16的略前方，而其绝缘壳体44保持定位在电池12a、12b的电极盖16之间。
补充连接器75在第一端部处设置有绝缘塑料盖76，该绝缘塑料盖76适于覆盖补充连接器75的金属的导电部分和连接-断开安全装置18的导电元件41的金属的导电部分之间的连接，使得一旦电池被连接在一起，补充连接器75的导电部分和导电元件41的导电部分都不暴露。
如图6和图7所示，具有绝缘头部的紧固件78用来将连接-断开安全装置18的导电元件41固定至补充连接器75。为此，塑料盖76包括孔80，技术人员能够通过该孔80将连接-断开安全装置18的导电元件41紧固到补充连接器75。补充连接器75的第二端部82插入相邻电池的电极盖16的接收区域21中并且通过被限制在电池电极盖16内的紧固件20固定至电池电极，从而以串联方式电连接电池12a和12b，如之前所描述的。
如图6所示，保持暴露的补充连接器75的中央部分覆盖有绝缘材料，以防止技术人员任何意外的直接接触。叉形稳定器85附接至连接-断开安全装置18的颈部88并且通过一对紧固件86紧固到电池12a。稳定器85确保连接-断开安全装置18适当地定位在相邻电池12a和12b的电极盖16之间并且吸收一部分可能发生的振动，使得连接-断开安全装置18保持在原位并且不随时间移位。
参照图8，连接-断开安全装置18连接至补充连接器75并且稳定器85卡扣在连接-断开安全装置18的颈部88上，以形成预组装的连接器90。如所示出的，挠性的补充连接器75是弯曲的，从而便于插入相邻的电池12a和12b的电极盖16的接收区域21中。
参照图9，预组装的连接器90的弯曲的补充连接器75的第二端部82插入相邻电池的电极盖16的接收区域21中，并且由于补充连接器75是弯曲的，因此补充连接器75的第一端部上的绝缘塑料盖76不与电极盖16的紧固件20干涉。随后紧固紧固件20以将补充连接器75固定至电池12a和12b的电极，并且在这种情况下，紧固件20穿入电极盖16。一旦紧固件20位于电极盖16内并且不再与补充连接器75的绝缘塑料盖76干涉，则补充连接器75向下弯曲使得连接-断开安全装置18被推入电极盖16之间并且稳定器85可以通过紧固件86固定至电池12a，从而完成如图6所示的组装。
如之前所描述的，在组装期间，通过使用预组装的连接器90，将电池连接在一起的技术人员即使不完全消除也明显地减少，这是由于预组装连接器90是电绝缘的，从而在组装的每个步骤保护技术人员不受高压电池的影响。绝不使技术人员暴露而与电池组10的导电元件接触，从而使电池组及其组装安全和可靠。
对于本领域的技术人员而言，关于本发明的上述实施方式的修改和改进将变得明显。前述描述意在是示例性的而非限制性的。本发明的范围因此意在仅由所附权利要求的范围所限制。

Claims (10)

1.一种用于电动或混合动力车辆的电池组，所述电池组具有通过电池连接器串联连接的多个电池，每个电池具有正电极和负电极；每个所述电池连接器包括：
由电绝缘材料制成的一对电池电极盖，所述一对电池电极盖安装在两个相邻的电池的电池电极上，每个所述电池电极盖具有：接收区域；使所述电池电极进入的第一孔；以及紧固件，所述紧固件具有由金属制成的螺纹部分和由非导电材料制成的电绝缘部分，所述螺纹部分被限制在所述电池电极盖的所述接收区域中，所述电绝缘部分在所述接收区域外部延伸并且能够通过所述电池电极盖的第二孔进入，从而防止触碰所述紧固件的所述螺纹部分；
连接-断开安全装置，所述连接-断开安全装置具有：由导电材料制成的导电元件，所述导电元件插入所述电池电极盖的所述接收区域中，用于通过每个电池电极盖的所述紧固件电连接所述两个相邻的电池的正电极和负电极；以及断路器，所述导电元件的中央部分穿过所述断路器，所述断路器包括烟火药料和机械切断器，所述机械切断器适于在车辆发生碰撞的情况下切断所述导电元件的中央部分，从而使所述电池的串联连接断开。
2.根据权利要求1限定的电池组，其中，所述断路器包括由电绝缘加强塑料材料制成的壳体。
3.根据权利要求1限定的电池组，其中，所述机械切断器包括与所述导电元件的中央部分对齐的楔状部，所述楔状部通过所述烟火药料致动，所述楔状部在发生碰撞的情况下永久性地切断所述导电元件的中央部分。
4.根据权利要求1限定的电池组，还包括点火器，所述点火器点燃所述烟火药料，所述点火器通过从车辆的检测碰撞的电子控制单元(ECU)接收的电信号而被触发。
5.根据权利要求1限定的电池组，其中，每个所述电池电极盖包括适于安装到所述电池电极上的第一部分以及组装到所述第一部分上的第二部分，以限定所述接收区域，所述第二部分具有用于使所述紧固件进入的所述第二孔。
6.根据权利要求1限定的电池组，其中，每个所述电池电极盖由电绝缘塑料制成。
7.根据权利要求1限定的电池组，还包括一对挠性连接器，所述一对挠性连接器将所述连接-断开安全装置的所述导电元件连接至所述两个相邻的电池的所述电池电极。
8.根据权利要求1限定的电池组，还包括稳定器，所述稳定器将所述连接-断开安全装置固定至所述电池组。
9.一种用于串联连接多个电池以形成电池组的电池连接器，所述电池连接器包括：
由电绝缘材料制成的一对电池电极盖，所述一对电池电极盖用于安装到两个相邻的电池的电池电极上，每个所述电池电极盖具有：接收区域；用于允许所述电池电极进入的第一孔；以及紧固件，所述紧固件具有由金属制成的螺纹部分和由非导电材料制成的电绝缘部分，所述螺纹部分被限制在所述电池电极盖的所述接收区域中，所述电绝缘部分在所述接收区域外部延伸并且通过所述电池电极盖的第二孔进入，从而防止触碰所述紧固件的所述螺纹部分；
连接-断开安全装置，所述连接-断开安全装置具有：由导电材料制成的导电元件，所述导电元件插入所述电极盖的所述接收区域中，用于通过每个所述电池电极盖的紧固件电连接所述两个相邻的电池的正电极和负电极；以及断路器，所述导电元件的中央部分穿过所述断路器，所述断路器包括烟火药料和机械切断器，所述机械切断器适于在车辆发生碰撞的情况下切断所述导电元件的中央部分，从而断开所述电池的串联连接。
10.根据权利要求9限定的电池连接器，还包括一对挠性连接器，所述一对挠性连接器将所述连接-断开安全装置的所述导电元件连接到所述两个相邻的电池的所述电池电极。
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