CN103904285B

CN103904285B - 车用电池模块的安全装置

Info

Publication number: CN103904285B
Application number: CN201310147966.3A
Authority: CN
Inventors: 朴相睦
Original assignee: Hyundai Motor Co
Current assignee: Hyundai Motor Co
Priority date: 2012-12-27
Filing date: 2013-04-25
Publication date: 2017-07-11
Anticipated expiration: 2033-04-25
Also published as: CN103904285A; KR20140084824A; JP6161921B2; JP2014130794A; DE102013206776A1; US9252416B2; KR101428331B1; US20140186664A1

Abstract

本发明公开一种车用电池模块的安全装置。该装置包括层叠成一排的电池单元的电池端子，由阳极端子和阴极端子构成。此外，该装置包括安全母线，配置成使对角布置的两个不同电池单元上的两个电池端子电连接，当电池单元不膨胀时保持电连接，并且当至少一个电池单元膨胀时断开电路以防止电的流动。

Description

车用电池模块的安全装置

相关申请的交叉引用

基于35U.S.C§119（a），本申请要求2012年12月27日提交的韩国专利申请第10-2012-0154747号的权益，其全部内容通过引用的方式合并入本文。

技术领域

本发明涉及车用电池模块的安全装置，更具体地，涉及与车用电池模块的安全装置相关的技术，其能够在电池单元因异常现象（例如，过充、过放、内部短路、相当高的温度等）而膨胀时通过断开电路来防止电的流动，进而保持稳定性。

背景技术

混合动力电动车、燃料电池车、和电动车都配置成通过利用电动机来驱动车辆，并且需要对电动机提供驱动功率的高压电池组。

高压电池组使用锂离子可充电电池，该锂离子可充电电池被认为是下一代能源存储体，车用锂离子可充电电池的类型一般随制造商而变化，但是通常使用罐型和袋型，并且包括基于由每个制造商确定的电池单元数量和形状的模块和包。

例如，八个电池单元串联构成一个电池组（例如，CMA，电池模块组），九个电池模块（CMA）、一个电池管理系统（BMS）、和一个功率继电器组件（PRA）组合构成一个电池组（BMA，电池模块组）。

将保持耐久性和安全性的技术应用于锂离子可充电电池，并且在出现异常现象时引发电短路的安全设备被用于保持车辆安全。换言之，在相关领域中用作安全元件的部件包括正温度系数（PTC）、热熔丝、具有PTC的双金属等，PTC是电阻随温度增加而增加的元件。PTC的电阻在工作温度下也增加，从而降低充电/放电效率，并且当传导过高电流时，电压降引起电池可用区域的减少，而且，当PTC暴露在潮湿、高温度等时，可靠性变差。因此，PTC可能对于使用10年以上的车辆不适用。

此外，热熔丝是当热熔丝的温度增加时内部电路因热而熔化的元件。热熔丝具有低于PTC的电阻，并在因短路生成过高电流时具有增加的工作性能，但是当用低电流进行过充时，可能会被电池单元中生成的热而熔化。然而，由于诸如安装位置等的限制等，温度不会增加到熔化温度，并且当使用在较低温度下工作的元件时，由于在车辆加速时生成的过高电流，工作性能可能会降低，因此，热熔丝可能不适用于车辆。

此外，具有PTC的双金属具有比普通PTC更高的电阻，但是由于震动和敲击引起的双金属故障，具有PTC的双金属不适用于车辆。

以上提供的作为本发明相关领域的描述仅仅是为帮助理解本发明的背景，不应当解释为包括在本领域技术人员已知的相关领域中。

发明内容

通过考虑电池单元中由于过充、过放、内部短路、相当高的温度等而出现异常现象时的电池单元膨胀（expand）的现象，本发明提供车用电池模块的安全装置，其能够在电池单元膨胀时，通过断开电路来防止电流的流动，从而防止电池充电或放电，进而保持稳定性。

在一个实施方式中，车用电池模块的安全装置可以包括：层叠成一排的电池单元的电池端子，由阳极端子和阴极端子构成；以及安全母线，可以配置成使对角布置在电池单元的两个不同电池单元上的电池端子电连接，当电池单元处于正常状态时（例如，电池单元不膨胀）保持电连通状态并且当至少一个电池单元发生膨胀的异常情况时执行断开电路以防止电流的流动的操作。

安全母线可以包括：定子，通过被电池端子穿过而固定，并混合有导体与非导体；转子，被电池端子穿过从而与定子接触，绕电池端子可旋转地安装，并且通过混合有导体和非导体而布置；以及连接条，与转子的导体电连接。

安全母线还可包括固定销，该固定销穿过定子的端面和电池端子而一体安装，以将定子固定到电池端子。该安全母线还可包括可拆卸地结合至电池端子以防止转子从电池端子脱落的转子盖。该安全母线还可包括安装在转子与转子盖之间的绝缘构件。电池端子和转子盖可以利用螺栓和螺母系统中可拆卸地相互结合。

导体和非导体可以布置在定子的顶部，具体地，导体和非导体可以在圆周方向上交替地径向布置在定子的顶部。可以与布置在定子顶部的导体电连接的内部导体还可布置在定子的内周面上。导体和非导体可以在圆周方向上交替地径向布置在转子的底部。用于与电池端子电断路的内部非导体还可布置在转子的内周面。

在电池单元不膨胀的正常状态下，定子的导体和转子的导体可以安装成互相连接，在电池单元膨胀时的异常状态下，转子可以配置成旋转，结果，定子的导体与转子的非导体可彼此接触，而定子的非导体与转子的导体可彼此接触，从而断开电路以防止电流的流过。

附图说明

现在将参考在附图中图示的示例性实施方式对本发明的以上和其它特征进行详细说明，这些实施方式仅以示例说明的方式在下文给出，因此不是对本发明的限制，其中：

图1是根据本发明示例性实施方式的安装有安全母线的车用电池模块的示例图；

图2是示出根据本发明示例性实施方式的安全母线的安装结构的示例性截面图；

图3到图4是用于描述根据本发明示例性实施方式的定子和转子的示例图。

应当理解，所附的附图并非必然成比例，而是呈现出说明本发明的基本原理的各种示例性特征的一定程度的简化表示。在本文中公开的本发明的具体设计特征，包括，例如，具体尺寸、方向、位置和形状将部分取决于特定的既定用途和使用环境。

在附图中，附图标记在附图的几张图中通篇指代本发明的相同或等同部件。

具体实施方式

应理解，本文使用的术语“车辆”或“车辆的”或其它类似术语包括通常的机动车，例如，包括多功能运动车（SUV）、公共汽车、卡车、各种商务车的客车，包括各种船只和船舶的水运工具，飞行器等等，并且包括混合动力车、电动车、插入式混合电动车、氢动力车和其它代用燃料车（例如，来源于石油以外的资源的燃料）。

本文使用的术语仅仅是为了说明具体实施方式，而不是意在限制本发明。如本文所使用的，单数形式“一个、一种、该”也意在包括复数形式，除非上下文中另外清楚指明。还应当理解的是，在说明书中使用的术语“包括、包含、含有”是指存在所述特征、整数、步骤、操作、元件和/或部件，但是不排除存在或添加一个或多个其它特征、整数、步骤、操作、元件、部件和/或其群组。如本文所使用的，术语“和/或”包括一个或多个相关所列项的任何和所有组合。

在下文中将详细参考本发明的多种示例性实施方式，其实施例在附图中示例并在以下描述。尽管将结合示例性实施方式描述本发明，将要理解的是，本说明书并不意在将本发明限制到那些示例性实施方式。相反，本发明意在不仅涵盖这些示例性实施方式，还要涵盖由所附权利要求所限定的本发明的精神和范围内的各种替代、修改、等效形式和其它实施方式。

车用电池模块的安全装置可以包括：层叠成一排的电池单元10的电池端子11，由阳极端子和阴极端子构成；安全母线20，配置成使对角布置在电池单元的两个不同电池单元上的两个电池端子11电连接，当电池单元10处于正常状态（例如，不膨胀）时保持电连接状态，并当至少一个电池单元10发生膨胀的异常情况时断开电路以防止电流的流动，如图1至图4中所示。

此外，在图1中，利用现有的母线30可以使非对角布置的电池单元10的阳极端子与阴极端子电连接。

安全母线20可以包括：定子21，通过被电池端子11穿过而固定并混合有导体21a与非导体21b；转子22，被电池端子11穿过从而与定子21接触，并且绕电池端子11可旋转地安装，通过混合有导体22a和非导体22b而布置；以及连接条23，与转子22的导体22a电连接。

此外，安全母线20还可包括：固定销24，穿过定子21的端面和电池端子11而一体安装，以将定子21固定到电池端子11；转子盖25，可拆卸地结合至电池端子11，以防止转子22从电池端子11脱落；以及绝缘构件26，安装在转子22与转子盖25之间。

电池端子11可以具有螺栓形，转子盖25可以具有螺母形，因此，电池端子11和转子盖25可以利用螺栓和螺母系统而可拆卸地彼此结合。绝缘构件26可以配置成提供电绝缘并减少转子22与转子盖25之间的摩擦力。

布置在定子21内的导体21a和非导体21b可以布置在定子21的顶部。具体地，导体21a和非导体21b可以在圆周方向上交替布置并径向形成在定子21的顶部。布置在转子22内的导体22a和非导体22b可以布置在转子22的底部，并且导体22a和非导体22b可以在圆周方向上交替布置并径向形成在转子22的底部。

而且，内部导体21c可以与布置在定子21顶部的导体21a电连接，并且可以布置在定子21的内周面上。内部导体21c可以配置成改善电池端子11与定子21的导体21a之间的电连通性。此外，用于与电池端子11断路的内部非导体22c可以布置在转子22的内周面上。

于此，将描述本发明实施方式的操作。

构成车用高压电池组的电池模块可以包括通过安全母线20和普通母线30而电连接的多个电池单元10。换言之，在电池单元10不膨胀的正常状态下，转子22不绕电池端子11旋转，结果，定子21的导体21a与转子22的导体22a可以电连接，从而使电池模块执行充电和放电操作。此外，当在电池单元10中由于过充、过放、内部短路、相当高的温度等引起异常现象的发生时，电池单元10可能膨胀，因此，电池单元10的外形可能鼓起。

当电池单元10如上所述膨胀时，转子22，包括安全母线20，可以配置成以电池端子11为中心而顺时针或逆时针旋转，因此，定子21的导体21a与转子22的非导体22b可以彼此接触，定子21的非导体21b与转子22的导体22a可以彼此接触，引起电路断开，从而防止电流在定子21和转子22中流动。

当如上所述断开电路以防止电流在定子21和转子22中流动时，电池单元10可以不充电或放电，结果，可以保持稳定性。

如上所述，根据本发明的示例性实施方式，当电池单元10由于异常现象而膨胀时，可以通过旋转转子22，包括安全母线20，而断开电路，通过切断电池单元10之间的电连接来防止电流动，因此电池单元10可以不充电和放电，结果，可以保持电池的稳定性。

此外，装置的元件可以具有相当低的电阻，可以不受外部因素例如温度、湿度、振动等的影响，因此，故障的可能性降低，且可以通过转子22的转矩而引起电池单元10之间的电断路，因此，可以保持大体精确的操作。

此外，在本发明中，可以通过调节定子21的导体和非导体与转子22的导体和非导体之间的比率来调节操作时机，特别地，诸如温度传感器、电压传感器等的传感器可以安装在定子21与绝缘构件26之间，结果，可以消除用于安装传感器的额外空间排布和机构安排。

已经参考示例性实施方式详细地描述了本发明。然而，本领域技术人员将理解，可以在这些实施方式中做出改变而不偏离本发明的原理和精神，本发明的范围在所附权利要求及其等同物中限定。

Claims

1.一种车用电池模块的安全装置，包括：

层叠成一排的电池单元的电池端子；以及

安全母线，配置成使对角布置在所述电池单元的两个不同电池单元上的两个电池端子电连接，当所述电池单元不膨胀时保持所述电连接，并当至少一个所述电池单元膨胀时断开电路以防止电流的流动，

其中所述安全母线包括：

定子，通过被所述电池端子穿过而固定，并混合有导体与非导体；

转子，被所述电池端子穿过从而与所述定子接触，绕着所述电池端子可旋转地安装，其中所述转子通过混合有导体和非导体而布置；以及

连接条，与所述转子的导体电连接。

2.根据权利要求1所述的车用电池模块的安全装置，其中所述安全母线还包括：

固定销，穿过所述定子的端面和所述电池端子而一体安装，以将所述定子固定到所述电池端子。

3.根据权利要求1所述的车用电池模块的安全装置，其中所述安全母线还包括：

转子盖，可拆卸地结合于所述电池端子，以防止所述转子从所述电池端子脱落。

4.根据权利要求3所述的车用电池模块的安全装置，其中所述安全母线还包括：

绝缘构件，安装在所述转子与所述转子盖之间。

5.根据权利要求3所述的车用电池模块的安全装置，其中，

所述电池端子和所述转子盖利用螺栓和螺母系统彼此可拆卸地结合。

6.根据权利要求1所述的车用电池模块的安全装置，其中，

导体和非导体在圆周方向上交替地径向布置在所述定子的顶部。

7.根据权利要求6所述的车用电池模块的安全装置，还包含：

内部导体，与所述导体电连接，并布置在所述定子的内周面上。

8.根据权利要求1所述的车用电池模块的安全装置，其中，

导体和非导体在圆周方向上交替地径向布置在所述转子的底部。

9.根据权利要求8所述的车用电池模块的安全装置，还包含：

内部非导体，布置在所述转子的内周面上，以用于与所述电池端子的电断路。

10.根据权利要求1所述的车用电池模块的安全装置，其中，

当所述电池单元不膨胀时，所述定子的导体和所述转子的导体安置成彼此连接。

11.根据权利要求1所述的车用电池模块的安全装置，其中，

所述转子配置成，当所述电池单元膨胀时旋转，使所述定子的导体与所述转子的非导体彼此接触并且所述定子的非导体与所述转子的导体接触，从而断开电路来防止电流在所述定子和所述转子中流动。