CN109004167B - 电池模组 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种电池模组，其包括：单体电池，多个单体电池依次排列设置；采样电路板，采样电路板与单体电池的顶部相对设置，采样电路板设置有导电孔以及设置于导电孔内的导电套；汇流排，汇流排包括连接板以及从连接板上延伸出的导电柱，连接板连接于单体电池；其中，汇流排通过导电柱插接于导电套，以与采样电路板电连接。本发明实施例的电池模组，其包括直接电连接的汇流排和采样电路板，两者连接稳定、可靠且抗冲击能力强，有利于提高电池模组运行可靠性和安全性。

Description

电池模组

技术领域

本发明涉及电池技术领域，特别是涉及一种电池模组。

背景技术

随着科学技术的发展，二次电池开始广泛应用于汽车领域。在电动汽车整个生命周期内，电池管理系统都必须实时监测电池模组内各个二次电池的电压、温度等重要物理参数，并以这些物理参数为重要依据来评估计算电池包内所有二次电池的状况，防止过充过放保证电池系统寿命与安全等，以便做出相应的调整对策。电池控制系统依靠采样连接结构对二次电池进行监控。采样连接结构在使用过程中，由于汽车振动、高压放电等一系列影响下，采样连接可能会出现过载熔断失效、机械连接失效或者物理接触磨损破裂后引起二次电池外短路而导致热失控，降低了电动汽车的整车运行可靠性与安全性，从而对电动汽车市场的可持续发展带来较大的负面影响。

目前汇流排上直接设置引脚，采样电路板上设置有孔。电池模组内采样连接是汇流排的引脚直接插接于采样电路板上设置的孔内，以与采样电路板电连接。然而，由于采样电路板包括厚度较小的导电层以及包裹导电层的外部绝缘层，因此汇流排的引脚插入采样电路板的孔内时，整个引脚与导电层之间仅能够形成较小的接触面积，且该接触面积小于等于导电层的横截面的面积。这样，汇流排和采样电路板之间接触面积较小，从而无法保证汇流排的引脚和电路板的导电层形成稳定接触。在电池模组发生振动时，汇流排的引脚和采样电路板的导电层之间可能会出现连接不稳定，甚至发生断路的情况，导致采样数据不准确或丢失数据，严重影响电池模组使用过程中运行可靠性与安全性。

发明内容

本发明实施例提供一种电池模组，其包括直接电连接的汇流排和采样电路板，两者连接稳定、可靠且抗冲击能力强，有利于提高电池模组运行可靠性和安全性。

一方面，本发明实施例提出了一种电池模组，其包括：

单体电池，多个单体电池依次排列设置；

采样电路板，采样电路板与单体电池的顶部相对设置，采样电路板设置有导电孔以及设置于导电孔内的导电套；

汇流排，汇流排包括连接板以及从连接板上延伸出的导电柱，连接板连接于单体电池；

其中，汇流排通过导电柱插接于导电套，以与采样电路板电连接。

根据本发明实施例的一个方面，导电柱的外周面和导电套的内壁之间形成有填料间隙，电池模组还包括填料焊接形成的焊接体，焊接体的至少一部分设置于填料间隙内，导电柱和导电套通过焊接体相连接。

根据本发明实施例的一个方面，在导电套的径向上，填料间隙的尺寸为0.1mm至0.5mm。

根据本发明实施例的一个方面，在导电套的轴向上，焊接体填充填料间隙的至少75％。

根据本发明实施例的一个方面，采样电路板还包括设置于导电套的端部的环体，环体设置于采样电路板朝向单体电池的表面并环绕导电孔，焊接体包括筒体部以及设置于筒体部的环形凸缘，筒体部设置于填料间隙内，环形凸缘与环体层叠设置。

根据本发明实施例的一个方面，导电套的壁厚大于等于0.025mm，且小于等于1mm。

根据本发明实施例的一个方面，导电套的材质为铜或铜合金。

根据本发明实施例的一个方面，导电柱远离连接板的自由端部凸出于采样电路板的表面。

根据本发明实施例的一个方面，连接板位于采样电路板的上方，导电柱自上而下插接于导电套。

根据本发明实施例的一个方面，导电柱为棱柱体，导电柱具有顶端面以及与顶端面相连且相交的引导斜面。

本实施例的汇流排所包括的导电柱与采样电路板的导电套直接电连接。这样，导电柱与导电套接触面积大、且接触紧密，从而导电柱和导电套之间不易发生错位或分离，提升导电柱与导电套连接稳定性，有效保证汇流排和采样电路板的电连接稳定性，降低汇流排和采样电路板之间发生连接不稳定或断路的可能性。

附图说明

下面将通过参考附图来描述本发明示例性实施例的特征、优点和技术效果。

图1是本发明一实施例的电池模组的整体结构示意图；

图2是图1中A处的局部放大图；

图3是本发明一实施例中的汇流排和采样电路板的分解结构示意图；

图4是图3中B处的局部放大图；

图5是本发明一实施例中的一实施例的汇流排和采样电路板的连接结构示意图；

图6是本发明第另一实施例中的一实施例的汇流排和采样电路板的连接结构示意图；

图7是本发明一实施例的导电柱的结构示意图。

在附图中，附图并未按照实际的比例绘制。

标记说明：

100、电池模组；

110、单体电池；

120、汇流排；

121、连接板；121a、主体部；121b、悬臂部；122、导电柱；122a、顶端面；122b、引导斜面；123、切槽；

130、采样电路板；

130a、导电层；130b、外部绝缘层；131、导电孔；132、导电套；133、环体；

140、焊接体；

141、筒体部；142、环形凸缘；

150、保险部件；

99、填料间隙；

X、宽度方向；Y、延伸方向。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明的实施方式作进一步详细描述。以下实施例的详细描述和附图用于示例性地说明本发明的原理，但不能用来限制本发明的范围，即本发明不限于所描述的实施例。

在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有说明，“多个”的含义是两个或两个以上；术语“上”、“下”、“左”、“右”等指示的方位或位置关系仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，术语“第一”、“第二”等仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。

在本发明的描述中，还需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连。对于本领域的普通技术人员而言，可视具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

为了更好地理解本发明，下面结合图1至图7根据本发明实施例的电池模组100进行详细描述。

参见图1和图2所示，本发明实施例的电池模组100包括多个沿一方向排列的单体电池110、与单体电池110电连接的汇流排120以及用于对单体电池110自身相关的物理参数进行采样的采样电路板130。相邻的单体电池110可以通过本实施例的汇流排120串联或并联连接。汇流排120与采样电路板130直接电连接。本实施例的采样电路板130设置于单体电池110的顶部上方。顶部指的是单体电池110电连接的一侧。可选地，本实施例的采样电路板130可以是硬质电路板，也可以是柔性电路板。本实施例的采样电路板130沿单体电池110的排列方向延伸。本实施例的采样电路板130具有相对的上表面和下表面，其中，在采样电路板130设置于单体电池110的顶部时，采样电路板130的下表面朝向单体电池110设置。

参见图3至图5所示，本实施例的采样电路板130包括导电层130a、包裹导电层130a的外部绝缘层130b以及从上表面朝向下表面延伸的导电孔131。导电层130a的截断面暴露于导电孔131内，从而在导电孔131处可以直接观察到导电层130a的截断面。本实施例的采样电路板130进一步还包括设置于导电孔131内的导电套132。导电套132是具有中心孔的中空结构。导电套132的至少一部分设置于导电孔131内且与导电孔131紧密配合。导电套132与导电层130a的截断面紧密接触且彼此电连接，从而提升导电套132的抗振动性能，保证导电套132和导电层130a的连接稳定性。这样，相对于导电层130a而言，导电套132起到转接作用，使得导电层130a可以通过导电套132再与外部结构件电连接，进而增大了外部结构件与采样电路板130电连接的接触面积。

在一个实施例中，导电套132与导电层130a为一体式结构。本实施例中，通过电镀工艺在导电孔131内电镀形成导电套132，这样，导电套132与导电层130a可以形成为一体式结构。导电套132无法沿着导电孔131的轴向在导电孔131内发生位移，从而导电套132能够与采样电路板130所包括的导电层130a连接稳定可靠。

在一个实施例中，导电套132与导电层130a为分体式结构。导电套132与导电孔131相互焊接连接。在焊接过程中，导电套132和导电层130a相互接触区域发生熔融。在冷却后，导电套132和导电层130a之间形成焊接区域，可以保证导电套132的外周表面与导电层130a的截断面之间处于相互衔接状态，有效提升导电套132的抗振动能力。导电套132不易沿着导电孔131的轴向在导电孔131内发生位移，从而保证导电套132和导电层130a连接稳定性和可靠性。

本实施例的汇流排120包括连接板121以及从连接板121上向外延伸出的导电柱122。汇流排120所包括的连接板121用于与单体电池110的极柱电连接。汇流排120所包括的导电柱122用于与采样电路板130所包括的导电套132相互插接，以使汇流排120和采样电路板130电连接。

本实施例的汇流排120所包括的导电柱122与采样电路板130的导电套132直接电连接。这样，一方面，导电柱122与导电套132接触面积大、且接触紧密，从而导电柱122和导电套132之间不易发生错位或分离，提升导电柱122与导电套132连接稳定性和抗振动性能，有效保证汇流排120和采样电路板130的电连接稳定性，降低汇流排120和采样电路板130之间发生连接不稳定或断路的可能性。另一方面，汇流排120和采样电路板130之间不需要额外增加其他零部件来实现两者电连接。有效地减少两者之间的连接节点数量，降低汇流排120和采样电路板130之间的连接结构发生机械断裂失效的可能性，同时两者连接过程易于操作，降低了两者连接操作难度和成本。再一方面，两者之间不需要使用带有绝缘外层的线束电连接，也就不再需要额外设置线束隔离板等类似结构，从而两者完成连接后的整体结构紧凑、占用空间小，有利于提升电池能量密度。

在一个实施例中，导电柱122和导电套132的中心孔为过盈配合，例如可以通过对导电柱122施加足够大的压力而将导电柱122压入导电套132的中心孔内。可选地，导电套132的中心孔的横截面可以是圆形或多边形，同样导电柱122的横截面形状与导电套132的中心孔的横截面形状相匹配，以使两者配合紧密。导电柱122和导电套132过盈配合的方式，可以保证导电柱122的外周表面与导电套132的内周表面之间处于相互挤压状态，有效提高两者之间的摩擦力以提升导电柱122和导电套132连接区域的抗振动能力，从而保证导电柱122和导电套132连接稳定性和可靠性。

在另一个实施例中，参见图5所示，导电柱122和导电套132焊接连接。可选地，导电柱122的直径小于导电套132的中心孔，以在导电柱122的外周表面和导电套132的内壁之间形成横截面为环形的填料间隙99。本实施例的电池模组100还包括填料焊接形成的焊接体140。在将导电柱122插入导电套132的中心孔的预定位置后，向导电柱122和导电套132的内壁之间形成的填料间隙99内填充熔融状态的焊料。经过时效处理后，焊料凝固并在导电柱122和导电套132之间形成焊接体140。导电柱122和导电套132通过焊接体140连接固定并实现电连接。设置的焊接体140能够提高导电柱122和导电套132的连接强度，提升抗振动性能。焊接体140的至少一部分设置于填料间隙99内。上述的焊料可以是锡或锡合金，也可以是铜等焊接用金属材料。

本实施例的导电套132可以将高温状态的焊料与采样电路板130隔离开，因此降低了高温状态的焊料对采样电路板130造成破坏的可能性，保证在汇流排120和采样电路板130进行连接操作时，采样电路板130不易受到高温破坏或外力冲击破坏的影响而保持自身完整性。

可选地，导电套132的中心孔的横截面可以是圆形或多边形，同样导电柱122的横截面形状与导电套132的中心孔的横截面形状相匹配，以便于在两者之间形成等距间隙，保证最后焊料形成的焊接区域厚度均匀，各处受力均衡，提升导电柱122和采样电路板130的连接稳定性。在一个示例中，导电套132的中心孔的横截面可以是腰型孔，导电柱122的横截面形状为矩形。

优选地，在导电套132的径向上，填料间隙99的尺寸R为0.1mm至0.5mm。一方面，可以保证熔融状态的焊料可以顺利地流入填料间隙99内，降低由于熔融状态的焊料自身表面张力作用而发生自身难以流入填料间隙99的情况的可能性，从而降低焊料在填料间隙99的开口处发生淤积而导致焊料填充失败的可能性；另一方面，降低由于导电柱122和导电套132之间间隙过大而导致导电柱122和导电套132之间径向活动空间过大，进而导致两者连接强度下降的可能性；再一方面，如果导电柱122和导电套132之间间隙过大会导致焊接体140不能够充分填充填料间隙99，进而导致导电柱122和导电套132各自与焊接体140之间存在虚焊情况。

在一个实施例中，在导电套132的轴向上，焊接体140填充整个填料间隙99的至少75％。在焊接体140填充填料间隙99低于75％时，焊接体140在填料间隙99内的填充量偏小，从而会导致导电柱122和导电套132的连接状态不稳定，易发生分离。这样，导电柱122和导电套132通过焊接体140连接的连接区域足够大，以提高导电柱122和导电套132之间连接强度，有效保证导电柱122和导电套132的连接稳定性和抗振动性能。

在一个实施例中，导电柱122具有远离连接板121的自由端部。在导电柱122插接于导电套132后，导电柱122的自由端部凸出于采样电路板130的表面。这样，在向填料间隙99内灌注熔融状态的焊料时，导电柱122的自由端部可以对熔融的焊料进行引流，从而使得熔融状态的焊料顺利地流入填料间隙99，而不会溢洒到采样电路板130的表面，降低落到采样电路板130的表面的焊料烧伤或损坏采样电路板130，有效保证采样电路板130的结构完整性。

参见图6所示，本实施例的采样电路板130还包括设置于导电套132的端部的环体133。环体133设置于采样电路板130上朝向单体电池110的表面并环绕导电孔131。本实施例的环体133可以与导电套132一体成型，也可以与导电套132为分体结构。焊接体140包括筒体部141以及设置于筒体部141的环形凸缘142。筒体部141设置于填料间隙99内，环形凸缘142与环体133层叠设置。由于环形凸缘142与导电套132的环体133在导电孔131的轴向上层叠设置，因此焊接体140的环形凸缘142抵压于采样电路板130上，从而进一步地受到采样电路板130的限位约束，降低在电池模组100受到外部振动时，焊接体140不易在导电孔131的轴向上产生位移变形，进而保证导电柱122和导电套132之间的连接稳定性和可靠性。

在一个实施例中，导电套132的壁厚D大于等于0.025mm。这样，在导电柱122与导电套132插接过程中，降低导电套132被导电柱122的自由端部刮擦而发生剥落失效的可能性。同时，导电套132的壁厚D小于等于1mm。这样，在导电柱122与导电套132插接过程中，降低导电柱122的自由端部与导电套132彼此发生刮擦产生碎屑的可能性，避免发生碎屑引起其他电器元件之间发生短路的情况，提升电池模组100的安全性。

在一个实施例中，导电套132的材质为铜或铜合金，导电性能好，同时使得导电套132和导电柱122易于焊接，以保证两者连接强度大，连接状态稳定，进一步降低两者发生机械断裂失效的可能性。

本实施例的导电柱122可以为棱柱体。在一个示例中，导电套132的中心孔为腰型孔。导电柱122的横截面为矩形，从而导电柱122整体呈四棱柱体。在另一个示例中，导电套132的中心孔的横截面为多边形，导电柱122的横截面也为多边形、且与导电套132的中心孔的形状相匹配，以使导电柱122插入导电套132的中心孔的部分与导电套132的中心孔易于通过过盈配合实现连接且两者配合紧密，提升两者连接稳定性。

在一个实施例中，参见图3和图4所示，本实施例的连接板121包括主体部121a以及从主体部121a上向外延伸的悬臂部121b。主体部121a用于与单体电池110的极柱电连接。导电柱122设置于悬臂部121b的自由端。导电柱122上远离悬臂部121b的自由端的一端具有顶端面122a以及与顶端面122a相连且相交的引导斜面122b。该引导斜面122b从顶端面122a朝向靠近悬臂部121b的方向倾斜。导电柱122在插入导电套132的中心孔的过程中，导电柱122可以在引导斜面122b的引导作用下，更加快速准确地插入导电套132的中心孔，从而缩短装配时间，同时降低导电柱122的端部与导电套132彼此发生刮擦损坏的可能性，也降低导电柱122的端部与导电套132彼此发生刮擦产生碎屑的可能性，避免碎屑引起其他电器元件之间发生短路，提升电池模组100的安全性。

可选地，顶端面122a可以是平面，也可以是弧形面。引导斜面122b可以是平面，也可以是弧形面。

在一个实施例中，参见图7所示，导电柱122具有预定宽度L。导电柱122的顶端面122a与引导斜面122b在导电柱122的宽度方向X上分布。引导斜面122b在导电柱122的延伸方向Y上的正投影的宽度D与预定宽度L的比值范围为1/4至2/5。这样，导电柱122的引导斜面122b触碰到采样电路板130时，采样电路板130对引导斜面122b施加一个较大的且朝向导电套132的中心孔的轴线的分力，从而易于更快地引导导电柱122朝插入导电套132的中心孔的位置移动并最终引导导电柱122进入导电套132的中心孔内，有效减少导电柱122在插入导电套132的中心孔之间的插接次数，进一步降低导电柱122的端部与采样电路板130彼此发生刮擦损坏或产生碎屑的可能性。

在一个示例中，引导斜面122b的数量为两个。两个引导斜面122b分别设置于顶端面122a的两侧。

参见图4或图7所示，本实施例的汇流排120具有设置于悬臂部121b与主体部121a之间的切槽123。在一个示例中，该切槽123的数量为一个。一个切槽123设置于悬臂部121b两侧中的一侧。在另一个示例中，该切槽123的数量为两个。连接板121两侧中每一侧各自设置一个切槽123。悬臂部121b与主体部121a之间设置的切槽123一方面可以有效消除悬臂部121b与主体部121a之间出现应力集中的情况，另一方面可以提升悬臂部121b的弹性变形能力，从而在导电柱122受外力作用时，易于通过自身变形产生预定幅度的摆动来抵消或缓冲外力的影响，降低悬臂部121b与主体部121a连接处受力发生开裂失效的可能性，提高导电柱122和导电套132之间的连接稳定性和抗振动性能。

在一个实施例中，连接板121和导电柱122为一体式结构，从而导电柱122和连接板121之间连接强度大，抗冲击能力更强。在一个示例中，汇流排120可以是通过对板状坯料进行冲压操作而得到。

本实施例的连接板121设置于采样电路板130的上方，且导电柱122自上而下地插接于导电套132。这里的自上而下也指的是靠近单体电池110移动的方向。这样，采样电路板130位于连接板121与单体电池110之间，从而一方面，相对于采样电路板130设置于连接板121上方的情况，可以避免发生采样电路板130被导电柱122抬高而距离单体电池110更远的情况，提升采样电路板130和单体电池110之间的结构紧凑性，避免占用过大的空间，有利于提升电池包的能量密度；另一方面，便于预先将采样电路板130安装至单体电池110的顶部的预定位置后，再安装固定汇流排120，安装工序优化。同时汇流排120的导电柱122可以对采样电路板130形成限位，缩小采样电路板130受到外部振动时发生上、下移动的移动量，进一步地降低导电柱122和导电套132两者之间连接节点发生机械断裂失效的可能性。

本实施例的采样电路板130还包括与导电孔131电连接的采样电路以及串联于采样电路与导电孔131之间的保险部件150。在电池模组100受到外部强烈冲击或线路安装错误而引起二次电池发生外部短路情况时，该保险部件150可以自行发生断路以阻断二次电池长时间持续处于外部短路状态，从而保证二次电池使用过程安全、稳定。在一个示例中，保险部件150可以是贴片式保险丝或者是嵌设于采样回路内的纤细的铜丝结构。

本实施例的电池模组100包括用于与相邻至少两个单体电池110电连接的汇流排120和对相邻至少两个单体电池110进行电压和/或温度等参数进行采集的采样电路板130。汇流排120所包括的导电柱122通过采样电路板130所包括的导电套132与采样电路板130所包括的导电层130a间接电连接。这样，采样电路板130所包括的导电柱122与导电套132接触面积大、且接触紧密，从而导电柱122和导电套132之间不易发生错位分离，提升导电柱122与导电套132连接稳定性和抗振动性能，有效保证汇流排120和采样电路板130的电连接稳定性，降低汇流排120和采样电路板130之间发生连接不稳定或断路的可能性。另外，在电池模组100受到外部振动冲击作用时，相邻两个汇流排120各自所包括的导电柱122不会发生位移而彼此发生接触，从而避免二次电池发生外部短路的情况。在电池模组100受到外部振动冲击作用时，汇流排120和采样电路板130依然可以保持稳定连接状态，保证电池模组100使用过程的可靠性和安全性。

虽然已经参考优选实施例对本发明进行了描述，但在不脱离本发明的范围的情况下，可以对其进行各种改进并且可以用等效物替换其中的部件。尤其是，只要不存在结构冲突，各个实施例中所提到的各项技术特征均可以任意方式组合起来。本发明并不局限于文中公开的特定实施例，而是包括落入权利要求的范围内的所有技术方案。

Claims (8)

1.一种电池模组，其特征在于，包括：

单体电池，多个所述单体电池依次排列设置；

采样电路板，所述采样电路板与所述单体电池的顶部相对设置，所述采样电路板设置有导电孔以及设置于所述导电孔内的导电套；

汇流排，所述汇流排包括连接板以及从所述连接板上延伸出的导电柱，所述连接板连接于所述单体电池；

其中，所述汇流排通过所述导电柱插接于所述导电套，以与所述采样电路板电连接，

所述导电柱的外周面和所述导电套的内壁之间形成有填料间隙，所述电池模组还包括填料焊接形成的焊接体，所述焊接体的至少一部分设置于所述填料间隙内，所述导电柱和所述导电套通过所述焊接体相连接，

所述采样电路板还包括设置于所述导电套的端部的环体，所述环体设置于所述采样电路板朝向所述单体电池的表面并环绕所述导电孔，所述焊接体包括筒体部以及设置于所述筒体部的环形凸缘，所述筒体部设置于所述填料间隙内，所述环形凸缘与所述环体层叠设置。

2.根据权利要求1所述的电池模组，其特征在于，在所述导电套的径向上，所述填料间隙的尺寸为0.1mm至0.5mm。

3.根据权利要求1所述的电池模组，其特征在于，在所述导电套的轴向上，所述焊接体填充所述填料间隙的至少75％。

4.根据权利要求1至3任一项所述的电池模组，其特征在于，所述导电套的壁厚大于等于0.025mm，且小于等于1mm。

5.根据权利要求1至3任一项所述的电池模组，其特征在于，所述导电套的材质为铜或铜合金。

6.根据权利要求1至3任一项所述的电池模组，其特征在于，所述导电柱远离所述连接板的自由端部凸出于所述采样电路板的表面。

7.根据权利要求1至3任一项所述的电池模组，其特征在于，所述连接板位于所述采样电路板的上方，所述导电柱自上而下插接于所述导电套。

8.根据权利要求1至3任一项所述的电池模组，其特征在于，所述导电柱为棱柱体，所述导电柱具有顶端面以及与所述顶端面相连且相交的引导斜面。