CN106229453B - 母排组件，动力电池过载保护系统和方法及动力电池组件 - Google Patents

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Abstract

本发明提供了一种母排组件，动力电池过载保护系统和方法及动力电池组件。其中母排组件包括：第一连接臂，所述第一连接臂具有一个或多个连接端，以便与上游电池单元连接；第二连接臂，所述第二连接臂具有一个或多个连接端，以便与下游电池单元连接；以及连接在所述第一连接臂与所述第二连接臂之间的PTC单元。根据本发明的母排组件，过载保护系统，动力电池组件以及汽车等具有更佳的安全性和稳定性。

Description

母排组件，动力电池过载保护系统和方法及动力电池组件
技术领域
本发明涉及新能源汽车动力电池过载保护技术领域，更具体地，本发明涉及一种母排组件，动力电池的过载保护系统及过载保护方法以及动力电池组件。
背景技术
随着新能源汽车特别是纯电动汽车技术的发展，电动汽车的安全越来越为大家所重视。动力电池作为电动汽车的高压供电部件,其安全性更为关键.动力电池的过载保护设计用于提高电池包的安全性。
对于现有的电动汽车的动力电池组件而言，动力电池的过载保护通常包括基于电池管理系统(BMS)的过载限流保护和基于熔断器的熔断保护两部分。过载限流保护通过BMS探测电池温度和电流信号,在温度和电流过高后发送指令给整车控制单元(VCU),再通过VCU发送指令来降低外接负载，整个控制过程冗长且复杂，且需要通过计算器控制执行机构，存在失效风险；后者熔断保护通过熔断器在大负载电流的情况下，产生大量热，直接将保险丝熔断，造成机械断路。
发明内容
本发明的目的在于提供一种更完善的动力电池过载保护系统和方法。
本发明的其他目的在于克服或至少缓解现有技术中存在的问题。
根据本发明的一方面，提供了一种用于汽车的动力电池的母排组件，其包括：
第一连接臂，所述第一连接臂具有一个或多个连接端，以便与上游电池单元连接；
第二连接臂，所述第二连接臂具有一个或多个连接端，以便与下游电池单元连接；以及
连接在所述第一连接臂与所述第二连接臂之间的PTC单元。
可选地，在母排组件的一些实施例中，所述PTC单元呈片状，所述第一连接臂和所述第二连接臂分别连接至所述PTC单元的相对面上。
可选地，在母排组件的一些实施例中，所述第一连接臂和所述第二连接臂分别焊接至所述PTC单元上。
可选地，在母排组件的一些实施例中，所述第一连接臂和/或所述第二连接臂在与所述PTC单元连接处附近具有收缩部。
可选地，在母排组件的一些实施例中，所述第一连接臂和所述第二连接臂以及所述PTC单元在连接处附近涂覆有绝缘隔热涂层。
可选地，在母排组件的一些实施例中，所述第一连接臂和/或所述第二连接臂包括主干部以及从所述主干部延伸出的一个或多个连接端，所述连接端用于与电池单元连接，并具有安装孔。
可选地，在母排组件的一些实施例中，所述主干部由绝缘件包裹并且所述连接端由绝缘套包裹。
根据本发明的另一方面，提供了一种用于汽车的动力电池的过载保护系统，所述过载保护系统包括基于PTC单元的过载保护系统，所述基于PTC单元的过载保护系统包括连接在电池单元之间一个或多个PTC单元。
可选地，在过载保护系统的一些实施例中，一个或多个PTC单元通过根据本发明的实施例的母排组件来连接在电池单元之间。
可选地，在过载保护系统的一些实施例中，所述过载保护系统还包括基于电阻丝的熔断保护系统以及基于电池管理系统的过载限流保护系统。
可选地，在过载保护系统的一些实施例中，所述过载保护系统配置成使得所述基于PTC单元的过载保护系统先于或后于所述基于电池管理系统的过载限流保护系统起作用。
可选地，在过载保护系统的一些实施例中，所述电池管理系统通过采样PTC单元两端的电压来监控所述PTC的即时电阻。
根据本发明的另一方面，提供了一种用于汽车的动力电池组件，其特征在于，所述动力电池组件包括多个电池单元以及与所述多个电池单元串联的一个或多个PTC单元。
可旋地，在动力电池组件的一些实施例中，一个或多个PTC单元通过根据本发明的实施例的母排组件来连接在电池单元之间。
根据本发明的另一方面，提供了一种汽车的动力电池的过载保护方法，所述方法包括将根据本发明的实施例的母排组件串联在用于汽车的动力电池的电池单元之间。
根据本发明的母排组件，过载保护系统和方法以及动力电池组件等具有更佳的安全性和稳定性。
附图说明
参考附图，本发明的上述以及其他的特征将变得显而易见，其中：
图1示出了PTC单元的温度-电阻特性曲线；
图2示出了根据本发明的实施例的母排组件；
图3示出了根据本发明的另一个实施例的母排组件；
图4示出了图3中的母排组件的另一个角度的视图；以及
图5示出了根据本发明的实施例的电池组件。
具体实施方式：
容易理解，根据本发明的技术方案，在不变更本发明实质精神下，本领域的一般技术人员可以提出可相互替换的多种结构方式以及实现方式。因此，以下具体实施方式以及附图仅是对本发明的技术方案的示例性说明，而不应当视为本发明的全部或者视为对本发明技术方案的限定或限制。
在本说明书中提到或者可能提到的上、下、左、右、前、后、正面、背面、顶部、底部等方位用语是相对于各附图中所示的构造进行定义的，它们是相对的概念，因此有可能会根据其所处不同位置、不同使用状态而进行相应地变化。所以，也不应当将这些或者其他的方位用语解释为限制性用语。
请参考图1，PTC也称为正温度系数热敏电阻，其电阻值R0在温度超过预定点T0后与温度正相关，并快速增高，例如在图示的T1温度时，电阻R1增长至R0的数倍。与此同时，PTC的温度与经过PTC的电流正相关。利用PTC的该特性，可对现有的电动车或混合动力车的动力电池的过载保护系统进行优化。
具体而言，请参考图2，根据本发明的一些实施例，提供了一种母排组件，其用于连接在电池单元之间，例如每6个电池单元之间或每12个电池单元之间，或以其他方式连接在串联的电池单元之间。母排组件包括具有用于与上游电池单元连接的一个或多个连接端811,812的第一连接臂84，具有用于与下游电池单元连接的一个或多个连接端851,853的第二连接臂88，以及连接在第一连接臂84和第二连接臂88之间的PTC单元7。
在一些实施例中，第一连接臂84包括主干部81以及从主干部81延伸出的一个或多个连接端，在图示的实施例中为两个连接端811,812。在一些实施例中，主干部81基本为平板状，而各个连接端811,812可基本垂直于主干部81地延伸，或者通过对平板状的延伸部进行折弯来形成连接端811,812。各个连接端811,812可分别具有安装孔813,814以用于与电池单元固定连接。在一些实施例中，第一连接臂84在与PTC单元连接处附近具有收缩部82。在第一连接臂84形成为平板状时，该收缩部82具有比主干部81更小的宽度，并且从主干部81经由过渡段83延伸至收缩部82，该过渡段83可如图所示的那样成凹圆弧形。该收缩部82的存在可提高PTC单元7附近的电流敏感度，增强PTC单元对电流的敏感性。在一些实施例中，可调节收缩端的宽度来调节PTC单元的电流敏感性。在备选实施例中，第一连接臂的主干部81和收缩部82也可选择其他形状，例如圆柱状等。在备选实施例中，连接端可为一个，三个，四个或其他数量。在一些实施例中，第一连接臂84采用导电材料制成，例如铜等。
类似地，第二连接臂88包括主干部85以及从主干部85延伸出的一个或多个连接端，在图示的实施例中为两个连接端851,853。在一些实施例中，主干部85基本为平板状，而各个连接端851,853可基本垂直于主干部85地延伸，或者通过对平板状的延伸部进行折弯来形成各个连接端851,853。各个连接端851,853可分别具有安装孔852,854以用于与电池单元固定连接。在一些实施例中，第二连接臂88在与PTC单元连接处附近具有收缩部87。在第二连接臂88形成为平板状时，该收缩部87具有比主干部85更小的宽度，并且从主干部85经由过渡段86延伸至收缩部87，该过渡段86可如图所示的那样成凹圆弧形。
在一些实施例中，PTC单元7形成为片状，并可具有不同的厚度。片状的PTC单元包括第一表面71以及与第一表面71相对的第二表面72以及周围的窄端面(未标注)。第一连接臂84连接至PTC单元7的第一表面71并且第二连接臂88连接至PTC单元7的第二表面72上。在一些实施例中，可通过第一连接臂84的收缩部82以及第二连接臂88的收缩部87来与片状PTC单元7的相对表面71,72连接。在一些实施例中，第一连接臂84和第二连接臂88通过焊接来连接至PTC单元7。通过片状的PTC单元7进一步提高了PTC单元7的电流敏感度。图示的实施例中PTC单元7基本呈矩形片状，在备选实施例中PTC单元可呈圆片状或其他形状。另外，在备选实施例中，可也选用其他形状的PTC单元，并且第一连接臂和第二连接臂也可以其他方式连接至PTC单元，例如连接至PTC单元的同侧上或两个端面上等。
参考图3和图4，在一些实施例中，在PTC单元7附近的区域10中，在PTC单元7以及与其连接的第一连接臂部分和第二连接臂部分的表面上进行涂层处理，该涂层可为绝缘隔热涂层。绝缘隔热涂层一方面起到绝缘作用，另一方面，绝缘隔热涂层防止PTC单元7快速散热，使其PTC单元7能够保持一定时间的高阻态，直到负载下降且电流稳定。在一些实施例中，可通过调节例如涂的材料或层厚度来调整PTC单元7保持高阻态的时间。在一些实施例中，第一连接臂84以及第二连接臂88包裹有绝缘件11。在一个实施例中，各个连接端811,812,851以及853包裹了绝缘帽12。
在另一些实施例中，本发明还提供了一种用于电动汽车的动力电池的过载保护系统，所述过载保护系统包括连接在电池单元之间一个或多个PTC单元，例如利用上文所述的带PTC单元的母排组件。在一些实施例中，过载保护系统还包括基于电阻丝的熔断保护系统以及基于电池管理系统的过载限流保护系统。
现有的过载保护系统通常包括基于电阻丝的熔断保护系统以及基于电池管理系统的过载限流保护系统。对于基于BMS的电控制系统而言，BMS通过探测电池温度以及回路电流，反馈给整车控制单元，再由整车控制单元通过计算发送指令给电机控制器降低负载，整个控制通过软件来控制，过程冗长，容易发生错判和误判，整个控制是通过控制外接负载来实现限流，动力电池本身并没有过载限流保护。基于电控制的过载保护可能在极端条件下失效，存在安全隐患。
对于动力电池熔断保护系统而言，通常在主回路设计一个保险丝盒，来实现极端大电流情况下的保护，保险丝直接熔断容易造成拉弧，且在高速行驶过程中容易造成突然完全失去动力，产生严重的人员安全隐患。保险丝熔断后不可恢复，在更换保险丝前车辆将无法行驶。
本发明提供了对于动力电池的多一重的过载保护，其可介于基于电阻丝的熔断保护系统以及基于电池管理系统的过载限流保护系统之间，或作为首先作用的过载保护。可对控制方法，PTC单元以及熔断单元的物理参数进行调整，实现更完善的过载保护方案。例如可对PTC单元的温度电阻曲线进行配置，使得基于PTC单元的过载保护系统可设置成在过载限流保护系统失效后起作用。具体而言，在电流升高达到I0时，基于BMS的过载限流保护系统首先起作用；而在基于BMS的过载限流保护失效时，在电流继续上升至I1后，基于PTC单元的过载保护起作用，即PTC单元呈现出高阻态以限制电流。由于基于PTC单元的过载保护为物理性质的过载保护，其并不基于电或软件控制，故其具有较高的稳定性和安全性，一般情况下不会失效。因此，甚至在极端情况下也不会导致保险丝熔断，但熔断保护系统的存在形成过载保护的底线，使得整个过载保护系统更为完善。在一些实施例中，电池管理系统BMS通过采样PTC单元两端的电压来监控PTC单元的即时电阻。此外，在动力电池具有多个带PTC的母排组件的实施例中，可对各个母排组件的PTC单元的尺寸，材料等特性进行设置，使得各个PTC单元具有不同的温度电阻曲线，以实现多层次的过载保护。
参考图5，其示出了根据本发明的实施例的动力电池的示意图。动力电池包括多个电池单体2，每个电池单体2可包括例如6个左右的电池单元。每间隔两个电池单体2可布置一个带PTC单元的母排组件1，此外电气母排3设置在电池单体2之间用于普通的电气连接。此外，动力电池还包括母排线束总成4以及用于连接至负载的动力输出母排5,6。
在进一步的实施例中，本发明还提供了一种汽车的动力电池的过载保护方法，所述方法包括将根据本发明的实施例的母排组件串联在用于汽车的动力电池的电池单元之间。
在进一步的实施例中，本发明还提供了具有根据本发明的实施例的母排组件的汽车，例如纯电动车或混合动力车等。
应当理解，尽管在本发明的各个实施例的电机中，定子组件的各个部分分别由定子本体和成形构件限定，例如，定子本体限定了封闭内圈，齿部和外圈，成形构件限定了盖，但在备选实施例中，在不改变结构的情况下，限定不同部分的部件可改变，例如定子组件的封闭内圈，外圈或齿部可由成形构件或其他部件来限定，定子组件的盖可由定子本体或其他部件来限定等。

Claims (12)

1.一种用于汽车的动力电池的母排组件，其包括：
第一连接臂，所述第一连接臂具有一个或多个连接端，以便与上游电池单元连接；
第二连接臂，所述第二连接臂具有一个或多个连接端，以便与下游电池单元连接；以及
连接在所述第一连接臂与所述第二连接臂之间的PTC单元，所述PTC单元呈片状，
其中，所述第一连接臂和/或所述第二连接臂包括主干部，过渡段以及收缩部，所述收缩部位于所述第一连接臂和/或所述第二连接臂在与所述PTC单元连接处附近并且所述收缩部与所述PTC单元重叠。
2.根据权利要求1所述的母排组件，其特征在于，所述第一连接臂和所述第二连接臂分别连接至所述PTC单元的相对面上。
3.根据权利要求1所述的母排组件，其特征在于，所述第一连接臂和所述第二连接臂分别焊接至所述PTC单元上。
4.根据权利要求1所述的母排组件，其特征在于，所述第一连接臂和所述第二连接臂以及所述PTC单元在连接处附近涂覆有绝缘隔热涂层。
5.根据权利要求1所述的母排组件，其特征在于，所述第一连接臂和/或所述第二连接臂还包括从所述主干部延伸出的一个或多个连接端，所述连接端用于与电池单元连接，并具有安装孔。
6.根据权利要求5所述的母排组件，其特征在于，所述主干部由绝缘件包裹并且所述连接端由绝缘套包裹。
7.一种用于汽车的动力电池的过载保护系统，其特征在于，所述过载保护系统包括基于PTC单元的过载保护系统，所述基于PTC单元的过载保护系统包括连接在电池单元之间一个或多个PTC单元，所述一个或多个PTC单元通过如权利要求1-6中任一项所述的母排组件连接在电池单元之间。
8.根据权利要求7所述的过载保护系统，其特征在于，所述过载保护系统还包括基于电阻丝的熔断保护系统以及基于电池管理系统的过载限流保护系统。
9.根据权利要求8所述的过载保护系统，其特征在于，所述过载保护系统配置成使得所述基于PTC单元的过载保护系统先于或后于所述基于电池管理系统的过载限流保护系统起作用。
10.根据权利要求8所述的过载保护系统，其特征在于，所述电池管理系统通过采样PTC单元两端的电压来监控所述PTC的即时电阻。
11.一种用于汽车的动力电池组件，其特征在于，所述动力电池组件包括多个电池单元以及与所述多个电池单元串联的一个或多个PTC单元，所述一个或多个PTC单元通过如权利要求1-6中任一项所述的母排组件连接在电池单元之间。
12.一种汽车的动力电池的过载保护方法，其特征在于，所述方法包括将根据权利要求1-6中任一项所述的母排组件串联在用于汽车的动力电池的电池单元之间。
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