CN104900835A - 模块化电池连接器组件 - Google Patents

Abstract

本发明涉及模块化电池连接器组件。电池单元堆连接器组件包括多个母线模块。母线模块中的每个母线模块具有模块框架，模块框架具有含第一连接器的第一侧面和含第二连接器的第二侧面。每个模块框架限定了从第一侧面延伸到第二侧面的模块轴线。母线模块中的每个母线模块还包括附接到模块框架的母线。多个母线模块被连接为形成连接器框架，连接器框架限定了从第一组件侧面延伸到第二组件侧面的连接器轴线。多个母线模块的模块轴线与连接器轴线对齐。此外，第一连接器和第二连接器适于使得多个模块框架中的每个模块框架与相应的相邻模块框架配合并且附接到相应的相邻模块框架。

Description

模块化电池连接器组件

相关申请的交叉引用

本申请要求于2014年3月5日递交的第61/948,274号美国临时申请的权益，其公开内容通过引用并入本文。

发明背景

本发明总体上涉及用于连接电池的连接器组件。更具体地，本发明涉及用于创建这样的连接器组件的模块化部件。

电池用于各种不同类型的电气设备中。使用具有已知的尺寸并提供已知的电流量的标准化电池单元是有利的。通常，基于多个因素为一件电气设备提供选定数量的电池单元，该多个因素包括设备的功率要求和电池单元的重量、尺寸和成本。设备的功率要求可以基于设备的尺寸和功能以及电池是被提供作为主要电源还是被提供作为辅助电源或备用电源而变化。

包括电池的电气设备的一个示例是电动交通工具。电动混合动力或全电动交通工具通常使用电池来存储电能以操作多个驱动电机中的一个驱动电机，以及交通工具上的其它电气系统。电动交通工具中的电池通常被安装为电池单元的堆。堆的数量和在每个堆中的单元的数量可以基于因素(例如交通工具的功率要求、工作范围和交通工具的成本)在不同的交通工具之间进行变化。通常，单元进行电气串联连接以提供较大的电压。这通常通过将电线或母线连接在单元的正端子和负端子之间来完成。可以将母线设置在载体上，该载体允许在将母线连接到单元之前将母线中的每个母线相对于单元端子进行正确定位。将需要为包括不同数量的单元的不同的堆提供不同的载体。具有电气连接单元的改进的组件将是有利的。

发明内容

本发明涉及电池单元堆连接器组件。电池单元堆连接器组件包括多个母线模块。母线模块中的每个母线模块具有模块框架，其第一侧面具有第一连接器并且第二侧面具有第二连接器。每个模块框架限定了从第一侧面延伸到第二侧面的模块轴线。母线模块中的每个母线模块还包括附接到模块框架的母线。多个母线模块被连接为形成连接器框架，该连接器框架限定了从第一组件侧面延伸到第二组件侧面的连接器轴线。多个母线模块的模块轴线与连接器轴线对齐。此外，第一连接器和第二连接器适于使得多个模块框架中的每个模块框架与相应的相邻模块框架配合并且附接到相应的相邻模块框架。

本发明还涉及母线模块。母线模块包括模块框架，模块框架具有含第一连接器的第一侧面和含第二连接器的第二侧面。模块框架限定了从第一侧面延伸到第二侧面的模块轴线。母线模块还包括母线，该母线附接到模块框架并且位于第一侧面和第二侧面之间。

本发明还涉及电池组件。电池组件包括多个电池单元，多个电池单元中的每个电池单元包括正端子和负端子。电池组件还包括附接以形成连接器组件的多个母线模块。每个母线模块包括模块框架，模块框架具有含第一连接器的第一侧面和含第二连接器的第二侧面。每个模块框架限定了从第一侧面延伸到第二侧面的模块轴线。每个母线模块还包括附接到模块框架的母线。第一连接器和第二连接器适于使得多个模块框架中的每个模块框架与相应的相邻模块框架配合并附接到相应的相邻模块框架。多个母线中的每个母线附接到多个电池单元中的一个电池单元的正端子和电池单元中的另一个电池单元的负端子。

当根据附图阅读时，从优选的实施例的以下详细描述中，本发明的各个方面将对本领域技术人员变得明显。

附图说明

图1是包括电池组件的电动交通工具的示意图。

图2是来自图1中示出的交通工具的电池组件的透视图。

图3是母线模块的分解的透视图。

图4是沿着图3的线4-4获得的母线模块的横截面视图。

图5是从不同的角度获得的具有第二母线模块的图3中示出的母线模块的一部分的透视图。

图6是与图5中示出的透视图相似的、示出了与第二母线模块啮合的母线模块的透视图。

图7是端部母线模块的透视图。

图8是单元堆和连接器组件的透视图。

具体实施方式

现在参考附图，图1中示出了电动交通工具(通常以10进行标示)的示意图。示出的电动交通工具10是混合动力电动交通工具，但是其可以是任意期望类型的交通工具。示出的电动交通工具10包括电池组件(通常以12进行标示)，其为驱动电机14提供电能并且存储通过制动器16重新获得的电能。将在下文更加详细描述所示出的电池组件12。然而，应当理解的是，电池组件12可以用于任意期望的应用。

现在参考图2，其示出了电池组件12的透视图。示出的电池组件12包括单元堆(以18进行标示)。电池组件12可以包括一个以上的单元堆(如果需要的话)。单元堆18包括固定在一起以形成单元堆18的多个电池单元20。示出的电池单元20中的每个电池单元都是常规的盒组件，盒组件包括散热器、歧管和锂离子单元(未示出)。然而，电池单元20可以是任意期望类型的单元。示出的单元堆18包括十九个电池单元20，但是单元堆18可以包括任意期望数量的电池单元20。电池组件12还包括连接到单元堆18的第一连接器组件(以22进行标示)和第二连接器组件(以22'进行标示)。第一连接器组件22和第二连接器组件22'用于电气串联连接单元堆18的电池单元20。将在下文更加详细描述第一连接器组件22。

参考图3，示出了第一母线模块(通常以28进行标示)的透视图。第一母线模块28包括母线30。示出的母线30通常是T形，但是可以具有任意期望的形状。示出的母线30由铝制成，但是可以由任意期望的一种或多种材料制成。母线30包括通常平坦的端子附接部分32和在传感器方向36上从端子附接部分32延伸的传感器部分34。示出的传感器部分34是端子附接部分32的共面延伸，但是可以具有任意期望的配置或取向。示出的传感器部分34比示出的端子附接部分32狭窄，这提供了T形的母线30。多个传感器38附接到母线30的传感器部分34。示出的传感器38包括电压传感器和温度传感器，但是可以包括任意期望的传感器或信号电路。通过焊接将示出的传感器38附接到母线，但是可以通过任意期望的结构、紧固件或方法将示出的传感器38附接到母线。

第一母线模块28包括第一模块框架40。示出的第一模块框架40是单片塑料，但是可以由任意期望的材料制成。示出的第一模块框架40具有大致矩形的形状，但是可以具有任意期望的形状。第一模块框架40限定了母线空间(以42进行标示)，并且母线30位于母线空间42中。示出的母线空间42通常是T形以容纳母线30，但是母线空间42可以具有任意期望的形状。示出的第一模块框架40包括一对直通开口44。示出的直通开口44设置在第一模块框架40的侧面和母线30的传感器部分34之间，并且在母线空间42的大致T形周围保持第一模块框架40的大致矩形形状。应当理解的是，根据第一模块框架40的形状和母线空间42的形状，直通开口44可以具有与示出的形状不同的形状，或可以被从第一模块框架40中省略。

参考图4，示出了沿着图3的线4-4获得的横截面视图。示出的第一模块框架40被过模制到母线30上，并且母线30位于从第一框架面46和第二框架面48凹陷的母线空间42内。到母线30上的第一模块框架40过模制相对第一模块框架40固定母线30。然而，可以使用任意期望的结构、紧固件和方法将母线30附接到第一模块框架40。

返回参考图3，第一母线模块28限定了模块轴线50。第一模块框架40包括位于母线30的沿着模块轴线50的相对侧面上的第一侧面52和第二侧面54。示出的第一侧面52和第二侧面54两者都以相对于模块轴线50的相同角度定向，并且它们每个实质上垂直于模块轴线50。然而，第一侧面52和第二侧面54可以位于相对于模块轴线50的任意期望的角度上。示出的模块轴线50垂直于传感器方向36，但是可以为任意期望的方向。

第一侧面52包括第一连接器(通常以56进行标示)，并且第二侧面54包括第二连接器(通常以58进行标示)。第一连接器56和第二连接器58适于使得第一母线模块28可以与如将在下文描述的第二类似的模块配合并且附接到该第二类似的模块。示出的第一连接器56包括多个T形延伸部60和多个臂锁定表面62。示出的第二连接器58包括多个T形通道64和多个弹性锁定臂68。然而，应当理解的是，第一连接器56和第二连接器58可以是任意期望的连接器并且可以具有任意期望的配置。示出的第一连接器56和第二连接器58是第一模块框架40的一体成型的部分，但是可以由任意期望的方法来制造并可以是独立的部件(如果需要的话)。

第一母线模块28还限定了从第一侧面52延伸到第二侧面54的通道(以70进行标示)。通道70在第一框架面46上是敞开的。通道70在离开母线空间42的传感器方向36上毗邻于母线空间42。母线30的传感器部分34毗邻通道70。通道70被设置为容纳连接到传感器38(如将在下文进行描述)的电线(为清楚起见，未示出)。示出的通道70实质上平行模块轴线50延伸。应当理解的是，通道70可以不同于所示出的通道(如果需要的话)。

第一母线模块28还包括盖子(以72进行标示)。盖子72适于连接到第一模块框架40以保护母线30、传感器38和通道70。示出的盖子72由塑料制成，但是可以由任意期望的材料制成。如最佳见于图3中，盖子72包括盖子主体74和从其延伸的两个弹性臂76。示出的弹性臂76被模制为盖子主体74的一部分，但是可以通过任意期望的方法来制造并且可以是独立的零件(如果需要的话)。弹性臂76适于卡扣并啮合第一模块框架40的固定部分78，以将盖子72保持在第一模块框架40上。可选地，可以使用任意期望的连接器将盖子72保持在第一模块框架40上。

现在参考图5，第一母线模块28和第二母线模块28a被示出在来自不同角度的透视图中，使得第一模块框架40的第一侧面52是可视的。为清楚起见，传感器38未在图5中示出。第二母线模块28a与第一母线模块28实质上相同并且不会被单独描述。第二母线模块28a的类似于第一母线模块28的特征的特征用具有“a”后缀的相同的附图标记来标识。

图5示出了被定位以附接到模块框架40的第二模块框架40a。模块框架40的模块轴线50平行于第二模块框架40a的模块轴线50a。如先前所述，第二模块框架40a上的第一连接器56a包括多个T形延伸部60a。T形延伸部60a插入到模块框架40上的T形通道64中。模块框架40上的弹性锁定臂68被第二模块框架40a偏转并且反弹以啮合第二模块框架40a的锁定臂表面62a。如图6中所示，第二模块框架40a的第一侧面52a与模块框架40的第二侧面54啮合，并且第二模块框架40a然后附接到模块框架40。如先前所述，示出的第一连接器56a和第二连接器58适于使得模块框架40可以与第二模块框架40a配合并且附接到第二模块框架40a。

如所示出的，模块框架40上的通道70与第二模块框架40a上的通道70a对齐。两个通道70和70a在模块框架40的第一侧面52和第二模块框架40a的第二侧面54a之间提供连续的连接器通道70c。应当理解的是，可以沿着模块轴线50连接任意期望数量的附加的类似的模块框架。

母线30和母线30a每个具有各自的母线长度(以98和98a进行标示)。母线长度98是在模块轴线50的方向上的端子附接部分32的长度。类似地，母线长度98a是在模块轴线50a的方向上的母线32a的长度。在示出的实施例中，母线长度98与母线长度98a相同。然而，母线长度98和98a可以具有任意期望的相对尺寸。端子附接部分32和端子附接部分32a被母线空间(以100进行标示)分开。母线空间100是在模块轴线50的方向上的端子附接部分32和端子附接部分32a之间的空间的长度。如将在下文描述的，选择母线长度98和98a以及母线空间100的尺寸，使得端子附接部分32和32a将被适当地定位以附接到单元堆18的端子。

应当理解的是，示出的第一母线模块28和第二母线模块28a是相同的。然而，这不是必要的，并且第二母线模块28a可以具有与第一母线模块28的特征不同的特征(如果需要的话)。为清楚起见，下文包括的示出的实施例的描述将参考所有类似于“第一母线模块28”的母线模块。

现在参考图7，示出了端部模块28b的透视图。端部模块28b包括类似于第一母线模块28的特征的很多特征，并且相似的特征用具有“b”后缀的相同的附图标记来标记。端部模块28b包括通常是T形的但是可以具有任意期望的形状的端部母线30b。端部母线30b包括端子附接部分32b。母线30b具有短于母线30的母线长度98的母线长度98b。如将在下文说明的是，这样做的原因是，端子附接部分32b适于附接到仅仅一个端子，而端子附接部分32适于附接到两个端子。端部母线30b还包括从端子附接部分32b延伸的连接翼片82。连接翼片82提供了附接点，用于将电气连接器(未示出)附接到第一连接器组件22。示出的连接翼片82是端部母线30b的组成部分，其由一片冲压的铝制成。然而，连接翼片82可以是单独的零件(如果需要的话)，并且可以由任意期望的材料制成。示出的连接翼片82在模块轴线50b的方向上从端子附接部分32b延伸通过端部模块框架40b的第一侧面52b。然而，连接翼片82可以在任意期望的方向上延伸。端部模块框架40b包括在第二侧面54b上的第二连接器58b。这使得端部模块框架40b以类似于以上描述的方式附接到模块框架40。应当理解的是，端部模块框架40b可以改为包括延伸通过第二侧面54b的连接翼片82和在第一侧面52b上的第一连接器56b。

现在参考图8，示出了第一连接器组件22和单元堆18的分解透视图。示出的第一连接器组件22包括九个第一母线模块28以及端部模块28b。然而，第一连接器组件22可以包括任意期望数量的第一母线模块28和端部模块28b。第一连接器组件22包括连接器框架40c，连接器框架40c包括单独的模块28和28b的模块框架40和40b。第一连接器组件22限定了连接器轴线50c，并且模块轴线50和50b中的每个与连接器轴线50c对齐。此外，第一连接器组件22的连接器通道70c包括模块28和28b中的每个的通道70和70b。连接器通道70c从框架的第一组件侧面52c延伸到框架的第二组件侧面54c。

电池单元20中的每个电池单元包括正端子84和负端子86。单元堆18被布置使得一个电池单元20的正端子84邻近下一个电池单元20的负端子86。第一连接器组件22适于使得母线30中的每个母线将与一个电池单元20的正端子84和邻近的电池单元20的负端子两者啮合。第一连接器组件22还适于使得端部母线30b将啮合单元堆18中的最后一个电池单元20的端子。

返回参考图2，示出了组装的电池组件12，其包括单元堆18、附接到单元堆18的第一连接器组件22和第二连接器组件22'。如先前参考图8所述，每个母线30连接到一个正端子84和一个负端子86。端部母线30b连接到一个正端子84。通过焊接将示出的母线30、30a和30b连接到相应的端子84和86，但是可以通过任意期望的紧固件或方法进行附接。示出的连接器组件22和第二连接器组件22'以它们的相应的连接器轴线50c和50c'实质上彼此平行附接到单元堆18。然而，连接器组件22和22'可以以任意期望的相对取向连接到单元堆18。

第一连接器组件22被示出具有从电池组件12的第一端部88延伸的连接翼片82。示出的第二连接器组件22'实质上与第一连接器组件22相同，并且将不进行详细描述。如所示出的，与第一连接器组件22的取向相比，示出的第二连接器组件22'相对于单元堆18旋转180度，并且包括从第二端部90(与电池组件12的第一端部88相对)延伸的第二连接翼片82'。应当理解的是，第一连接器组件22和第二连接器组件22'提供从连接翼片82通过所有的电池单元20到第二连接翼片82'的连续电气路径。

图2示出了安装了相应的盖子92和92'的第一连接器组件22和第二连接器组件22'。示出的盖子92是覆盖所有的模块28和28b的单个模制的部件。先前参考图3和图4针对第一母线模块28描述了盖子72。应当理解的是，盖子92可以包括附接到每个模块28和28b的多个单独的盖子(如果需要的话)。此外，虽然先前的描述将第一连接器组件22和第二连接器组件22'描述为单独的部件，但是这不是必须的，并且连接器组件22和22'可以是单个部件。类似地，盖子92和92'可以是单个部件(如果需要的话)。

电池组件12包括连接到线束连接器96的线束94和线束94'。线束94包括连接到母线30上的传感器38(先前参考图3描述)的电线。应当理解的是，母线30a和30b还可以包括附接的传感器(未示出)。线束连接器96连接到适于监测和控制电池组件12的电池管理系统模块(未示出)。线束94位于第一连接器22组件的连接器通道70c内，而线束94'位于第二连接器组件22'的第二连接器通道70c'内。

应当理解的是，在母线模块28和28b适合电池单元22的尺寸的情况下，通过连接适当数量的模块28和28b，可以容易以任意期望的长度来构造连接器组件22和24。因此，如果不同的应用要求在单元堆18中的不同数量的电池单元20，则可以使用现有的部件来创建适当尺寸的连接器组件22和24。

示出的电池组件12的实施例中，第一连接器组件22和第二连接器组件22'实质上是相同的。应当理解的是，这不是必须的，并且第一连接器组件22和第二连接器组件22'可以是不同的(如果需要的话)。此外，在示出的实施例中，第一连接器组件22和第二连接器组件22'每个都包括一个端部模块28b，但是这不是必须的。例如，如果单元堆18包括偶数数量的电池单元20，则第一连接器组件22可以包括两个端部模块28b，而第二连接器组件22'仅仅包括第一母线模块28并且不包括端部模块28b。

在本发明的优选的实施例中已经说明和示出了本发明的操作原理和操作模式。然而，必须理解的是，可以以不同于所具体说明和示出的其它方式来实施本发明，而不脱离其精神或范围。

Claims (19)

1.一种电池单元堆连接器组件，包括：

多个母线模块，每个母线模块包括具有第一侧面和第二侧面的模块框架和附接到所述模块框架的母线，所述第一侧面具有第一连接器，所述第二侧面具有第二连接器，并且每个模块框架限定了从所述第一侧面延伸到所述第二侧面的模块轴线；

所述多个母线模块连接以形成连接器框架，所述连接器框架限定了从第一组件侧面延伸到第二组件侧面的连接器轴线，其中所述多个母线模块的所述模块轴线与所述连接器轴线对齐，其中所述第一连接器和所述第二连接器适于使得多个模块框架中的每个模块框架与相应的相邻模块框架配合并且附接到所述相应的相邻模块框架。

2.根据权利要求1所述的电池单元堆连接器组件，其中每个母线模块限定了从所述第一侧面延伸到所述第二侧面的通道。

3.根据权利要求2所述的电池单元堆连接器组件，其中所述多个母线模块的通道限定了从所述第一组件侧面延伸到所述第二组件侧面的连接器通道，所述通道实质上平行于所述连接器轴线。

4.根据权利要求3所述的电池单元堆连接器组件，还包括位于所述连接器通道中的多根电线，所述电线连接到多个母线中的至少一个母线上的传感器。

5.根据权利要求2所述的电池单元堆连接器组件，其中多个母线中的每个母线包括连接部分和从所述连接部分延伸到所述通道的传感器部分。

6.根据权利要求1所述的电池单元堆连接器组件，其中多个母线中的每个母线从所述连接器框架的第一框架面和所述连接器框架的第二框架面凹陷。

7.根据权利要求1所述的电池单元堆连接器组件，其中每个母线具有沿着所述连接器轴线的母线长度，并且每个母线通过沿着所述连接器轴线的母线空间与邻近的母线分开，并且

其中所述母线中的每个母线具有相同的母线长度，并且每个母线空间具有相同的长度。

8.根据权利要求7所述的电池单元堆连接器组件，还包括位于所述连接器框架的所述第一组件侧面的端部母线，所述端部母线具有附接部分，所述附接部分具有短于所述母线长度的端部母线长度。

9.根据权利要求8所述的电池单元堆连接器组件，所述端部母线包括从所述附接部分延伸的连接翼片。

10.根据权利要求9所述的电池单元堆连接器组件，其中所述连接翼片在所述连接器轴线的方向上从所述附接部分延伸。

11.根据权利要求9所述的电池单元堆连接器组件，其中所述连接翼片延伸到所述连接器框架的所述第一组件侧面的外部。

12.一种母线模块，包括：

模块框架，所述模块框架包括第一侧面和第二侧面，所述第一侧面具有第一连接器，所述第二侧面具有第二连接器，所述模块框架限定了从所述第一侧面延伸到所述第二侧面的模块轴线；以及

母线，所述母线附接到所述模块框架并且位于所述第一侧面和所述第二侧面之间。

13.根据权利要求12所述的母线模块，其中所述第一连接器适于与第二母线模块上的第二连接器配合并且啮合所述第二母线模块上的第二连接器，并且所述第二连接器适于与所述第二母线模块上的第一连接器配合并且啮合所述第二母线模块上的第一连接器。

14.根据权利要求12所述的母线模块，其中所述模块框架限定了从所述模块框架的第一面延伸到所述模块框架的第二面的母线空间，并且所述母线位于所述母线空间内。

15.根据权利要求12所述的母线模块，其中所述模块框架限定了从所述模块框架的所述第一侧面延伸到所述模块框架的所述第二侧面的通道。

16.根据权利要求15所述的母线模块，其中所述母线包括附接部分和从所述附接部分延伸到所述通道的传感器部分。

17.根据权利要求16所述的母线模块，其中所述传感器部分在垂直于所述模块轴线的传感器方向上从所述附接部分延伸。

18.一种电池组件，包括：

多个电池单元，所述多个电池单元中的每个电池单元包括正端子和负端子；以及

多个母线模块，所述多个母线模块被附接以形成连接器组件，每个母线模块包括模块框架和附接到所述模块框架的母线，所述模块框架具有第一侧面和第二侧面，所述第一侧面具有第一连接器，所述第二侧面具有第二连接器，并且每个模块框架限定了从所述第一侧面延伸到所述第二侧面的模块轴线，其中所述第一连接器和所述第二连接器适于使得所述多个模块框架中的每个模块框架与相应的相邻模块框架配合并且附接到所述相应的相邻模块框架；

其中多个母线中的每个母线附接到所述多个电池单元中的一个电池单元的所述正端子和所述电池单元中的另一个电池单元的所述负端子。

19.根据权利要求18所述的电池组件，还包括第二多个母线模块，所述第二多个母线模块被附接以形成第二连接器组件；

其中所述第二多个母线中的每个母线附接到所述多个电池单元中的一个电池单元的所述负端子和所述电池单元中的另一个电池单元的所述正端子，使得所有的所述电池单元被电气串联连接。