CN105449150A - 一种应用于锂离子电池组的汇流排 - Google Patents

一种应用于锂离子电池组的汇流排 Download PDF

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戴润义
陈柯宇
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Abstract

本发明公开了一种应用于锂离子电池组的汇流排。包括铜排，多个分别通过金属片并联至铜排的单体电芯；金属片由顺次连接的电芯连接部、中间连接部以及铜排连接部组成并一次成型，中间连接部由多个顺次连接的子连接部组成且每个子连接部的横截面宽度小于电芯连接部和铜排连接部的横截面宽度。通过对金属片进行特殊的结构设计，大大地减小电流路径上金属片的横截面面积，该金属片就如同熔断器，只要某颗单体电芯出现过流的非正常情况，且已超出该金属片的最大承载电流能力，金属片就会像熔断器一样被动断开，有效地将该单体电芯与整个电池组电流回路进行隔离，从而阻止过流的单体电芯进一步出现热失控和连锁的热失控反应，达到安全保护的作用。

Description

一种应用于锂离子电池组的汇流排
技术领域
本发明涉及一种应用于锂离子电池组的汇流排，属于电池成组领域。
背景技术
近年来随着电动汽车的快速发展，对动力电池组的性能需求越来越高。锂离子电池组作为纯电动汽车、增程式电动汽车和混动动力汽车的动力源，其锂离子电池组的可靠性直接影响汽车乘用的安全性。一辆电动汽车的锂离子电池组通常需要上千颗电芯串并联组成，每颗电芯存在着不同程度的差异性。
当前的汇流排设计通常是由一整片金属片与铜排通过激光焊接工艺连接，电芯极柱与金属片通过电阻焊接工艺连接。由于当前针对汇流排的设计方案，未分别对与每颗电芯连接的金属片进行载流能力分析和验证，其金属片的载流能力均已远远超出单颗电芯的短路电流。由于当前还没有非常先进的电池管理系统，很难对电池组内部的每一颗电芯进行有效的监控和管理。因此，当电池组内部某一颗电芯发生过充电、过放电或微短路时，其汇流排的金属片不能被动断开异常电芯与电池组的电连接，进而导致该异常电芯进一步热失控且整个电池组产生连锁反应热失控，从而导致电动汽车安全事故。不仅仅会造成财产损失，还有可能造成人身伤害。因此，锂离子电池组的安全问题已经成为影响锂离子电池新兴市场发展的关键因素之一。
目前主要有以下2种方案对电池单体电芯进行过流保护：(1)通过在电池组和回流板之间焊接熔断丝实现单体电芯过流保护；(2)通过在正极pcb板上贴SMD陶瓷贴片熔断器实现单体电芯过流保护。这2种方案成本比较高且结构复杂。
发明内容
本发明的目的在于提供一种应用于锂离子电池组的汇流排，主要解决目前的锂离子电池组汇流排技术并没有很好地解决当电池组内部某些电芯发生过充电、过放电或内部微短路时，锂离子电池组对自身进行被动过流保护的安全问题。
为了实现上述目的，本发明采用的技术方案如下：
一种应用于锂离子电池组的汇流排，包括铜排，多个分别通过金属片并联至铜排的单体电芯；所述金属片由顺次连接的电芯连接部、中间连接部以及铜排连接部组成并一次成型，所述中间连接部由多个顺次连接的子连接部组成且每个子连接部的横截面宽度小于电芯连接部和铜排连接部的横截面宽度，优选子连接部位为3个。通过对金属片进行特殊的结构设计，可以大大地减小电流路径上金属片的横截面面积，该金属片就如同熔断器，代替现有技术中的熔断丝，并且和铜排、单体电芯集成在一起，成本大大减少，结构简单，装配快捷。
作为优选，所述中间连接部由第一子连接部、第二子连接部、第三子连接部组成并一次成型，第一子连接部的一端部与铜排连接部一侧垂直连接，第二子连接部的一端部与第一子连接部的另一端部垂直连接，第三子连接部一端部与第二子连接部另一端部垂直连接，该第三子连接部的另一端部与电芯连接部的一侧垂直连接。
为了使金属片节约耗材、占空间小、整体性能稳定、制作容易，所述第二子连接部和铜排连接部位于第一子连接部同侧，第一子连接部和第三子连接部位于第二子连接部两侧，第二子连接部和电芯连接部位于第三子连接部同侧。
在电芯连接部连接第三连接部的对侧中部还设有与第一连接部或第三连接部平行的条形槽，该条形槽覆盖于单体电芯极柱上。
为了合理控制金属片的电流承载能力，所述每个子连接部的横截面宽度范围值为1mm-2mm。
与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：
本发明通过设计优化当前的锂离子电池组汇流排结构，发明一种应用于锂离子电池组的汇流排，在电池组内部短路或者内部某些单体电芯过充电、过放电的情况下，通过汇流排的特殊结构能有效地断开电池组内部出现过流的异常单体电芯，防止异常单体电芯进一步恶化和热失控，从而有效地阻止整个电池组发生短路和热失控的连锁反应。
附图说明
图1为本发明-实施例1的结构示意图。
图2为本发明-实施例1金属片的结构示意图。
图3为本发明-实施例2金属片的结构示意图。
上述附图中，附图标记对应的部件名称如下：
1-单体电芯，2-金属片，3-铜排，4-电芯连接部，41-条形槽，5-中间连接部，51-第一子连接部，52-第二子连接部，53-第三子连接部，6-铜排连接部。
具体实施方式
下面结合实施例和附图对本发明作进一步说明，本发明的实施方式包括但不限于下列实施例。
实施例1
如图1所示，一种应用于锂离子电池组的汇流排，主要由单体电芯1、金属片2、铜排3组成，多个单体电芯1的极柱分别通过金属片2并联至铜牌组成汇流排，金属片2与单体电芯1通过电阻点焊工艺连接，金属片2与铜排3通过激光焊接工艺连接。金属片2优选镍片。
为了实现在单体电芯1过流以后金属片2被动断开，对整个电池组进行保护防止发生热失控的功能，在本实施例中，在单体电芯1的正极柱上的金属片2采用特殊的结构设计，具体如图2所示：
金属片2主要由电芯连接部4、中间连接部5以及铜排连接部6组成并一次成型，中间连接部5包括一端部与铜排连接部6一侧端部垂直连接的第一子连接部51，一端部与第一子连接部51的另一端部垂直连接并与铜排连接部6同侧的第二子连接部52，一端部与第二子连接部52另一端部垂直连接的第三子连接部53，该第三子连接部53的另一端部与电芯连接部4的一侧端部垂直连接。
在本实施例中，第一子连接部51和第三子连接部53位于第二子连接部52两侧，电芯连接部4与第二子连接部52同侧。并且电芯连接部4、中间连接部5以及铜排连接部6的整体宽度相等。
本实施例的中间连接部5为最佳的结构，若设置成其他结构，例如，第一子连接部51、第二子连接部52、第三子连接部53一次成直线型，该种中间连接部5的结构则同样能达到熔断效果，但是，该种结构存在汇流排整体结构稳固性不好的缺陷，在实际使用中，中间连接部5即使在没有发生过流的情况下，也容易受到外力的作用而断裂，影响电池组的正常使用，反之，本实施例的中间连接部5在受到外力时，则不容易折断，稳固性好。
在电芯连接部4连接第三子连接部53的对侧中部还设有与第一子连接部51或第三子连接部53平行的条形槽41，装配时，该条形槽41覆盖于单体电芯1极柱上。设置条形槽的目的在于，同样减小电芯连接部4横截面的宽度，使电芯连接部4与单体电芯1的接触面减小，在发生过流时，加快中间连接部5的熔断，快速地将该单体电芯与整个电池组电流回路进行隔离。
在本实施例中，单体电芯1采用18650，过流值设置为3C-6C，同理，若采用32650电芯，过流值同样设置为3C-6C，第一子连接部51、第二子连接部52、第三子连接部53的横截面宽度相等，横截面宽度范围值均为1mm-2mm。
本实施例的制作工艺较为简单，首先选择大小合适的长方形金属片，在长方形金属片的特定位置采用冲裁落料的工艺进行加工形成中间连接部5和条形槽41，此结构的金属片节约耗材、占空间小、整体性能稳定。通过对金属片进行特殊的结构设计，可以大大地减小电流路径上金属片的横截面面积，该金属片就如同熔断器，只要某颗单体电芯出现过流的非正常情况，且已超出该金属片的最大承载电流能力，金属片就会像熔断器一样被动断开，有效地将该单体电芯与整个电池组电流回路进行隔离，从而阻止过流的单体电芯进一步出现热失控和连锁的热失控反应，达到安全保护的作用。
实施例2
如图3所示，一种应用于锂离子电池组的汇流排，本实施例的金属片2主要由电芯连接部4、中间连接部5以及铜排连接部6组成并一次成型，但是与实施例1不同的是，电芯连接部4、中间连接部5、铜排连接部6三者组成“蛇形弯曲”结构，但是此种结构加工难度较大，不作为最佳实施例。
实施例3
一种应用于锂离子电池组的汇流排，与实施例1不同的是，本实施例中，第二子连接部52和铜排连接部6位于第一子连接部51两侧，第一子连接部51和第三子连接部53位于第二子连接部52两侧，第二子连接部52和电芯连接部4位于第三子连接部53两侧。
此实施例制作时耗材较大、占空间大、整体性能不佳，不作为最佳的实施例。
实施例4
一种应用于锂离子电池组的汇流排，与实施例3不同的是，本实施例中，第二子连接部52和电芯连接部4位于第三子连接部53同侧。
此实施例与实施例3一样，制作时耗材较大、占空间大、整体性能不佳，不作为最佳的实施例。
实施例5
一种应用于锂离子电池组的汇流排，与实施例1不同的是，第一子连接部51与铜排连接部6连接处不是位于铜排连接部6一侧端部，且第三子连接部53与电芯连接部4连接处不是位于电芯连接部4一侧端部。
此实施例的中间连接部5在与实施例1的中间连接部5电流路径长度相等的前提下，制作难度增加。
按照上述实施例，便可很好地实现本发明。值得说明的是，基于上述结构设计的前提下，为解决同样的技术问题，即使在本发明上做出的一些无实质性的改动或润色，所采用的技术方案的实质仍然与本发明一样，故其也应当在本发明的保护范围内。

Claims (6)

1.一种应用于锂离子电池组的汇流排，其特征在于，包括铜排(3)，多个分别通过金属片(2)并联至铜排(3)的单体电芯(1)；所述金属片(2)由顺次连接的电芯连接部(4)、中间连接部(5)以及铜排连接部(6)组成并一次成型，所述中间连接部(5)由多个顺次连接的子连接部组成且每个子连接部的横截面宽度小于电芯连接部(4)和铜排连接部(6)的横截面宽度。
2.根据权利要求1所述的一种应用于锂离子电池组的汇流排，其特征在于，所述中间连接部(5)由第一子连接部(51)、第二子连接部(52)、第三子连接部(53)组成并一次成型，第一子连接部(51)的一端部与铜排连接部(6)一侧垂直连接，第二子连接部(52)的一端部与第一子连接部(51)的另一端部垂直连接，第三子连接部(53)一端部与第二子连接部(52)另一端部垂直连接，该第三子连接部(53)的另一端部与电芯连接部(4)的一侧垂直连接。
3.根据权利要求2所述的一种应用于锂离子电池组的汇流排，其特征在于所述第二子连接部(52)和铜排连接部(6)位于第一子连接部(51)同侧，第一子连接部(51)和第三子连接部(53)位于第二子连接部(52)两侧，第二子连接部(52)和电芯连接部(4)位于第三子连接部(53)同侧。
4.根据权利要求3所述的一种应用于锂离子电池组的汇流排，其特征在于，在电芯连接部(4)连接第三连接部(53)的对侧中部还设有与第一连接部(51)或第三连接部(53)平行的条形槽(41)。
5.根据权利要求1-4任意一项所述的一种应用于锂离子电池组的汇流排，其特征在于，所述每个子连接部的横截面宽度范围值为1mm-2mm。
6.根据权利要求5所述的一种应用于锂离子电池组的汇流排，其特征在于，所述金属片(2)为镍片。
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