CN109411685A - 一种动力电池的高压电连接结构及动力电池 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种动力电池的高压电连接结构及动力电池。所述高压电连接结构包括一个或多个铝排(3)和铜排(4)，每个铝排(3)连接在两个同向设置的电池模组(1)的电极之间，以电连接两个电池模组(1)；所述铜排(4)电连接到由所述铝排(3)电连接后的多个电池模组(1)，以从成排设置的电池模组的电极侧引出电动力源。在动力电池中根据实际布置空间混合设置铝排和铜排的电连接结构，在满足高压连接电流承载能力的前提下，有效的降低了高压连接的重量，提高了整个电池包的能量密度。

Description

一种动力电池的高压电连接结构及动力电池
技术领域
本发明属于电动汽车技术领域，具体涉及一种动力电池的高压电连接结构及动力电池。
背景技术
在电动汽车中，动力电池作为整车的主要动力源，是影响电动汽车性能的关键部件。在电动汽车动力电池的设计中，驱动电动汽车的动力电池设置在电动汽车底部，通常由多个叠置的电池模组电连接组成，可产生超过400V的总电压。为了同时满足动力电池的高能量密度和动力电池内部电气连接的可靠性，需要合理的布置动力电池的电气连接结构。
在现有技术中，动力电池的电连接方案采用低压线束和高压连接的方式，即对于动力电池中的低压连接部分采用导线线束连接，对于高压连接部分采用硬铜排、软铜排或高压铜线进行连接。然而，基于轿跑类电动汽车的外形设计和底盘高度，需要将电池箱高度设计的较低(较薄)，较低的动力电池空间严重制约了在各电池模组之间布置低压线束和高压连接。如何在有限的空间内既能确保整个动力电池的电气连接的可靠性，又能降低动力电池的整体重量，是低高度动力电池用电气连接方案的设计关键，目前还没有很好的解决方案。
发明内容
为了同时实现动力电池的高能量密度和电连接的可靠性，本发明实施例提出了一种动力电池的高压电连接结构，所述高压电连接结构包括一个或多个铝排和铜排，每个铝排连接在两个同向设置的电池模组的电极之间，以电连接两个电池模组；所述铜排电连接到由所述铝排电连接后的多个电池模组，以从成排设置的电池模组的电极侧引出电动力源。
进一步，所述铝排的电极连接孔具有阶梯状结构。
本发明实施例还提供一种动力电池，包括多个电池模组和高压电连接结构，所述多个电池模组呈单排或多排设置，每排电池模组包括单层同向设置或多层层叠同向设置的多个电池模组，
所述高压电连接结构包括一个或多个铝排和铜排，每个铝排连接在一排电池模组中的两个电池模组的电极之间，以电连接两个电池模组；所述铜排电连接到由所述铝排电连接后的多个电池模组，以从成排设置的电池模组的电极侧引出电动力源。
进一步，所述动力电池还包括控制装置，所述铜排引出电动力源到控制装置。
进一步，所述动力电池还包括低压电连接线束，低压电连接线束设置在所述动力电池的箱体周边。
进一步，所述低压电连接线束设置在所述动力电池的箱体两侧边缘。
进一步，所述铝排的电极连接孔具有阶梯状结构。
进一步，所述动力电池包括两排电池模组，两排电池模组的电极侧相对设置，形成对置空间；每排电池模组中的多个电池模组通过多个设置在对置空间中的铝排电连接，两排电池模组之间通过排线电连接，所述铜排电连接到由所述铝排和排线电连接后的两排电池模组，以从所述对置空间中引出电动力源。
进一步，所述两排电池模组分别包括单层同向设置的多个电池模组。
进一步，所述排线为设置在对置空间中的铝排。
本发明的有益效果：本发明实施例提出的动力电池的高压电连接结构及动力电池，在动力电池中根据实际布置空间混合设置铝排和铜排的电连接结构，与现有技术中采用铜排进行高压电连接的方案相比，在满足高压连接电流承载能力的前提下，有效的降低了高压连接的重量，提高了整个电池包的能量密度。
附图说明
图1是本发明实施例提出的动力电池的结构示意图；
图2是本发明实施例提出的动力电池的高压电连接结构的示意图；
图3是本发明实施例提出的动力电池的高压电连接结构的铝排与电池模组的连接示意图；
图4a是本发明实施例提出的动力电池的高压电连接结构的铝排的结构示意图；
图4b是本发明实施例提出的动力电池的高压电连接结构的铝排的电极连接孔的截面图。
具体实施方式
为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚明白，以下结合具体实施例，并参照附图，对本发明进一步详细说明。但本领域技术人员知晓，本发明并不局限于附图和以下实施例。
在本发明实施例中，在未作相反说明的情况下，使用的方位词如“上、下”通常是针对附图所示的方向而言的，或者是针对竖直、垂直或重力方向上而言的；同样地，为便于理解和描述，“左、右”通常是针对附图所示的左、右；“内、外”是指相对于各部件本身的轮廓的内、外，但上述方位词并不用于限制本发明。
本发明实施例提出了一种动力电池，如图1所示，包括多个电池模组1、高压电连接结构和控制装置2。所述多个电池模组1呈单排或多排设置，每排电池模组包括单层同向设置或多层层叠同向设置的多个电池模组1，动力电池的厚度由电池模组的最大层叠尺寸或控制装置的尺寸确定。其中，每排电池模组的多个电池模组1“同向设置”表示每排电池模组的多个电池模组1的正负电极端在该排电池模组的一侧，即形成电极侧。
所述高压电连接结构包括一个或多个铝排3和铜排4，如图1和图2所示。由于每排电池模组的电极侧外部的空间较大，在对多个电池模组1进行电连接时，可以采用厚度较厚、电导率相对较低的铝排3。其中，多个电池组1的电连接可以是根据使用需求对多个电池组1的部分或全部电池组进行串联、并联、先串联再并联或者先并联再串联等多种形式的电连接。同时，由于在完成多个电池模组1的电连接后，需要至少将连接后的正极端和负极端电连接到该排电池模组的电极侧的外部，由于多个电池模组连接后的电压较高，并且在电连接到控制装置2的路径上层叠较多，布置空间紧张，此时采用厚度较薄、电导率较高的铜排4。从而，每个铝排3连接在一排电池模组的两个电池模组1的电极之间，以电连接两个电池模组1；所述铜排4电连接到由所述铝排3电连接后的多个电池模组1，以从成排设置的电池模组的电极侧引出电动力源，例如引出电动力源到控制装置2。由此，如上所述，在动力电池中根据实际布置空间混合设置铝排和铜排的电连接结构，在满足载流需求的情况下，能够减轻动力电池的整体重量，提高整个动力电池的能量密度。
所述动力电池还包括低压电连接线束5，设置在所述动力电池的箱体周边，优选的设置在所述动力电池的箱体两侧边缘，如图1所示。所述低压电连接线束5多为动力电池中的检测信号、控制信号等的传输线束，连接在多个电池模组1与电池控制装置1之间。这样，低压电连接线束5与高压电连接结构分开布置，高压电连接结构布置在动力电池的箱体中间，低压电连接线束在动力电池的箱体两侧边缘位置，有效的对高低压进行隔离，更利于增大高压电连接结构布置空间的利用率，在低高度电池箱体内给高压电连接提供了更多的空间。
具体的，如图1所示，本实施例的动力电池包括两排电池模组，每排电池模组包括单层同向设置的多个电池模组1，使得动力电池的电池模组部分最薄，两排电池模组的电极侧相对设置，形成对置空间6。每排电池模组中的多个电池模组1通过多个设置在对置空间6中的铝排3电连接，两排电池模组1之间通过排线7电连接，所述排线7可以是铜排或铝排，优选的，如图1所示，所述排线7为设置在对置空间6中的铝排。所述铜排4电连接到由所述铝排3和排线7电连接后的两排电池模组，以从所述对置空间6中引出电动力源。
需要说明的是，图1所示的动力电池的实施例示出了两排电池模组的情况，本领域技术人员可以理解，对于一排电池模组和多于两排电池模组的情况，只要使得每排电池模组中的多个电池模组同向设置，或者，优选的在两排电池模组之间存在对置空间，都可以应用本发明上述的布置。
此外，由于铝排3的导体截面积相比于铜排增大，而电池模组1的电极安装接口8的空间有限，同时还要使用螺栓9对铝排3进行固定，如图3所示。而当铝排3的厚度增大后，占用了螺栓9的安装空间，在不改变电池模组1的电极安装接口8的尺寸的前提下，将铝排3的电极连接孔31设置为具有阶梯状结构，如图4a、图4b所示。铝排3的整体厚度为H，铝排3的电极连接孔31的凹入深度为h，与使用铜排相比，铝排的整体厚度增加了h，即H-h为采用铜排的厚度。铝排3的阶梯状电极连接孔31在满足导流面积增大的同时，不影响电池模组的电极安装接口8的空间设置，能够对铝排3进行良好的固定。
基于前述动力电池，本发明实施例还提出了一种动力电池的高压电连接结构，如图2所示，所述高压电连接结构包括一个或多个铝排3和铜排4，每个铝排3连接在两个同向设置的电池模组1的电极之间，以电连接两个电池模组1。所述铜排4电连接到由所述铝排3电连接后的多个电池模组1，以从成排设置的电池模组的电极侧引出电动力源，例如引出电动力源到控制装置2。
由此，在动力电池中应用本发明实施例的高压电连接结构，能够在动力电池中根据实际布置空间混合设置铝排和铜排的电连接结构，在满足载流需求的情况下，能够减轻动力电池的整体重量，提高整个动力电池的能量密度。
此外，与使用铜排相比，铝排3的导体截面积更大，而电池模组1的电极安装接口8的空间有限，同时还要使用螺栓9对铝排3进行固定，如图3所示。而当铝排3的厚度增大后，占用了螺栓9的安装空间，在不改变电池模组1的电极安装接口8的尺寸的前提下，将铝排3的电极连接孔31设置为具有阶梯状结构，如图4a、图4b所示。铝排3的整体厚度为H，铝排3的电极连接孔31的凹入深度为h，与使用铜排相比，铝排的整体厚度增加了h，即H-h为采用铜排的厚度。铝排3的阶梯状电极连接孔31在满足导流面积增大的同时，不影响电池模组的电极安装接口8的空间设置，能够对铝排3进行良好的固定。
效果分析
根据UL840标准(电气设备绝缘配合间隙和爬电距离安全标准)要求，电池包最高电压Un(V)，电气间隙的选取按照过电压种类Ⅱ、过载电压为Um(V)、污染等级Ⅱ，UL840中规定最小电气间隙值为3mm。
根据UL840标准要求，电池包最高电压Un(V)，爬电距离的选取按照电压为Um(V)、污染等级Ⅱ，按照UL840中规定，爬电距离最小值为5mm。
根据海拔修正系数以及设置安全系数为2，得到电池包内最小的电气间隙及最小爬电距离如下：
最小电气间隙＝海拔修正系数*2*3mm＝8.88mm，
最小爬电距离＝海拔修正系数*2*5mm＝14.8mm。
本发明实施例的动力电池采用高、低压电气分开布置的方案，高、低压电气连接相对独立，不必考虑高、低压电气连接之间的问题。高、低电气的电气间隙及爬电距离远超过设计要求，测量高、低压电气连接最小间隙均大于50mm，有效的减小高、低压电气连接间的干扰。
此外，本发明实施例的动力电池的高压电连接结构方案中，结合使用铜排、铝排，显著降低了产品重量，具体如下：
铜电阻率为ρcu＝1.75×10-8Ωm，铝电导率为ρAl＝2.83×10-8Ωm，如果要达到相同的载流能力，铜的载流面积Scu和铝的载流面积SAl的关系为：
SAl＝ρAl×Scu/ρcu＝1.62×Scu。
铜的密度为ρ1＝8.9×103kg/m3,铝的密度为ρ2＝2.7×103kg/m3，在相同载流能力下，用铝排替换铜排，所需要铝排的重量为：
可见，采用铝排代替铜排，可以降低原铜排重量的50％，同时也降低了成本。
在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不一定指的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任何的一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。
以上，对本发明的实施方式进行了说明。但是，本发明不限定于上述实施方式。凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种动力电池的高压电连接结构，其特征在于：所述高压电连接结构包括一个或多个铝排(3)和铜排(4)，每个铝排(3)连接在两个同向设置的电池模组(1)的电极之间，以电连接两个电池模组(1)；所述铜排(4)电连接到由所述铝排(3)电连接后的多个电池模组(1)，以从成排设置的电池模组的电极侧引出电动力源。
2.如权利要求1所述的动力电池的高压电连接结构，其特征在于：所述铝排(3)的电极连接孔(31)具有阶梯状结构。
3.一种动力电池，其特征在于：包括多个电池模组(1)和高压电连接结构，所述多个电池模组(1)呈单排或多排设置，每排电池模组包括单层同向设置或多层层叠同向设置的多个电池模组(1)，
所述高压电连接结构包括一个或多个铝排(3)和铜排(4)，每个铝排(3)连接在一排电池模组中的两个电池模组(1)的电极之间，以电连接两个电池模组(1)；所述铜排(4)电连接到由所述铝排(3)电连接后的多个电池模组(1)，以从成排设置的电池模组的电极侧引出电动力源。
4.如权利要求3所述的动力电池，其特征在于：所述动力电池还包括控制装置(2)，所述铜排(4)引出电动力源到控制装置(2)。
5.如权利要求3所述的动力电池，其特征在于：所述动力电池还包括低压电连接线束(5)，低压电连接线束(5)设置在所述动力电池的箱体周边。
6.如权利要求5所述的动力电池，其特征在于：所述低压电连接线束(5)设置在所述动力电池的箱体两侧边缘。
7.如权利要求3所述的动力电池，其特征在于：所述铝排(3)的电极连接孔(31)具有阶梯状结构。
8.如权利要求3-7之一所述的动力电池，其特征在于：所述动力电池包括两排电池模组，两排电池模组的电极侧相对设置，形成对置空间(6)；
每排电池模组中的多个电池模组(1)通过多个设置在对置空间(6)中的铝排(3)电连接，两排电池模组(1)之间通过排线(7)电连接，所述铜排(4)电连接到由所述铝排(3)和排线(7)电连接后的两排电池模组，以从所述对置空间(6)中引出电动力源。
9.如权利要求8所述的动力电池，其特征在于：所述两排电池模组分别包括单层同向设置的多个电池模组(1)。
10.如权利要求8所述的动力电池，其特征在于：所述排线(7)为设置在对置空间(6)中的铝排。
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