CN110931700A - 用于提供单个电池单元电路保护的系统和方法 - Google Patents

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Abstract

本公开提供了“用于提供单个电池单元电路保护的系统和方法”。本公开详述了在电动化车辆中使用的示例性电池组设计。示例性电池组可以包括具有电路板的感测引线总成，所述电路板居中地安装在第一接线构件和第二接线构件(例如，扁平柔性电缆或扁平印刷电路)之间。所述电路板建立合适的安装表面，用于将感测引线保险丝结合到所述感测引线总成中。集中的感测引线保险丝响应于电池过电流状况提供对所述电池阵列的简单且可靠的维护。

Description

用于提供单个电池单元电路保护的系统和方法
技术领域
本公开涉及电动化车辆电池组，并且更具体地涉及用于防止电池组内的过电流状况的感测引线总成和方法。
背景技术
已有文献详细记载了对减少汽车燃料消耗和排放的期望。因此，正在开发减少或完全消除对内燃发动机的依赖的电动化车辆。一般来讲，电动化车辆与常规的机动车辆不同，因为电动化车辆是通过一个或多个电池供电的电机选择性地驱动的。相反，常规的机动车辆完全依赖内燃发动机来推进车辆。
高压电池组通常为电动化车辆的电机和其他电气负载供电。电池组包括多个电池单元。电池单元必须可靠地彼此连接，以便实现操作电动化车辆所需的电压和功率水平。通常需要许多部件，其包括但不限于汇流条、接线和传感器，以电连接电池单元。
发明内容
根据本公开的示例性方面的电池阵列尤其包括感测引线总成，所述感测引线总成包括：第一接线构件，其包括第一电压感测引线；电路板，其连接到第一接线构件；以及第一保险丝，其安装到电路板并连接到第一电压感测引线。
在前述电池阵列的其他非限制性实施例中，电池阵列包括多个电池单元，并且感测引线总成电连接多个电池单元。
在任一前述电池阵列的其他非限制性实施例中，第一接线构件被配置为扁平柔性电缆或柔性印刷电路。
在任一前述电池阵列的其他非限制性实施例中，第一电压感测引线在扁平柔性电缆内部延伸或者施加在柔性印刷电路的外表面上。
在任一前述电池阵列的其他非限制性实施例中，过渡区域设置在电路板的安装表面上并连接在第一电压感测引线和第一保险丝之间。
在任一前述电池阵列的其他非限制性实施例中，第一接线构件连接在电路板和多根汇流条之间。
在任一前述电池阵列的其他非限制性实施例中，至少一根附加导线连接在电路板和感测引线连接器之间。
在任一前述电池阵列的其他非限制性实施例中，感测引线连接器连接到中间线束总成或直接连接到控制模块。
在任一前述电池阵列的其他非限制性实施例中，电路板包括至少一个柔性保持臂，用于将电路板固定到电路连接器系统的塑料载体。
在任一前述电池阵列的其他非限制性实施例中，第一电压感测引线在汇流条和第一保险丝之间延伸。
在任一前述电池阵列的其他非限制性实施例中，感测引线总成包括至少一个热敏电阻器。
在任一前述电池阵列的其他非限制性实施例中，感测引线总成包括具有第二电压感测引线的第二接线构件。
在任一前述电池阵列的其他非限制性实施例中，电路板居中地安装在第一接线构件和第二接线构件之间。
在任一前述电池阵列的其他非限制性实施例中，第二保险丝安装到电路板并连接到第二电压感测引线。
在任一前述电池阵列的其他非限制性实施例中，感测引线总成是安装在电池阵列的顶部表面处的电路连接器系统的部件。
根据本公开的另一个示例性方面的方法尤其包括将保险丝安装到电池阵列电路连接系统的感测引线总成的电路板。所述保险丝被配置成响应于电池过电流状况而断开由感测引线总成的电压感测引线建立的电路。
在前述方法的其他非限制性实施例中，所述方法包括响应于电池过电流状况而从电路板移除保险丝以及用第二保险丝更换所述保险丝。
在任一前述方法的其他非限制性实施例中，所述方法包括过渡区域，所述过渡区域设置在电路板的安装表面上并连接在电压感测引线和保险丝之间。
在任一前述方法的其他非限制性实施例中，所述方法包括将电路板连接到感测引线连接器以及将感测引线连接器连接到线束总成或控制模块。
可以独立地或任意组合地使用上述段落、权利要求或下列说明书和附图中的实施例、示例以及替代例，包括它们任意的各方面或各自的独立特征。结合一个实施例描述的特征可适用于所有实施例，除非此类特征是不兼容的。
根据以下具体实施方式，本公开的各种特征和优点对于本领域技术人员将是显而易见的。随附于具体实施方式的附图可以如下简要描述。
附图说明
图1示意性地示出了电动化车辆的动力传动系统。
图2示出了电动化车辆的电池组。
图3示出了电池阵列电路连接器系统的示例性感测引线总成。
图4示出了电池阵列电路连接器系统的另一个示例性感测引线总成。
图5示出了感测引线总成的电路板和其他选择部分。电路板建立安装表面，用于将保险丝结合到感测引线总成中。
图6示出了用于将感测引线总成的电路板固定到电路连接器系统的载体的示例性保持特征。
具体实施方式
本公开详述了在电动化车辆中使用的示例性电池组设计。示例性电池组可以包括具有电路板的感测引线总成，所述电路板居中地安装在第一接线构件和第二接线构件(例如，扁平柔性电缆或扁平印刷电路)之间。所述电路板建立合适的安装表面，用于将感测引线保险丝结合到感测引线总成中。集中的感测引线保险丝响应于电池过电流状况提供对电池阵列的简单且可靠的维护。在下面的具体实施方式的段落中更详细地讨论这些和其他特征。
图1示意性地示出用于电动化车辆12的动力传动系统10。虽然被描绘为混合动力电动车辆(HEV)，但是应当理解，本文描述的概念并不限于HEV并且可以扩展到其他电动化车辆，包括但不限于：插电式混合动力电动车辆(PHEV)、电池电动车辆(BEV)、燃料电池车辆等。
在一个实施例中，动力传动系统10是采用第一驱动系统和第二驱动系统的动力分配动力传动系统。第一驱动系统包括发动机14和发电机18(即，第一电机)的组合。第二驱动系统至少包括马达22(即，第二电机)、发电机18和电池组24。在该示例中，第二驱动系统被认为是动力传动系统10的电驱动系统。第一驱动系统和第二驱动系统各自能够产生扭矩以驱动电动化车辆12的一组或多组车辆驱动轮28。尽管图1中描绘了动力分配配置，但是本公开扩展到任何混合动力或电动车辆，包括完全混合动力车辆、并联式混合动力车辆、串联式混合动力车辆、轻度混合动力车辆或微型混合动力车辆。
发动机14(其可以是内燃发动机)和发电机18可以通过动力传递单元30(诸如行星齿轮组)连接。当然，其他类型的动力传递单元(包括其他齿轮组和变速器)可以用于将发动机14连接到发电机18。在非限制性实施例中，动力传递单元30是行星齿轮组，其包括环形齿轮32、中心齿轮34和齿轮架总成36。
发电机18可以由发动机14通过动力传递单元30来驱动以将动能转换成电能。发电机18可以替代地用作马达以将电能转换成动能，从而将扭矩输出到轴38，所述轴38连接到动力传递单元30。由于发电机18可操作地连接到发动机14，因此发动机14的转速可以由发电机18控制。
动力传递单元30的环形齿轮32可以连接到轴40，所述轴40通过第二动力传递单元44连接到车辆驱动轮28。第二动力传递单元44可以包括具有多个齿轮46的齿轮组。其他动力传递单元也可以是合适的。齿轮46将扭矩从发动机14传递到差速器48，以最终为车辆驱动轮28提供牵引力。差速器48可以包括多个齿轮，所述齿轮使得能够将扭矩传递到车辆驱动轮28。在非限制性实施例中，第二动力传递单元44通过差速器48机械地联接到车桥50，以将扭矩分配到车辆驱动轮28。
马达22还可以用于通过将扭矩输出到轴52来驱动车辆驱动轮28，所述轴52也连接到第二动力传递单元44。在非限制性实施例中，马达22和发电机18协作作为再生制动系统的一部分，其中马达22和发电机18都可以用作马达以输出扭矩。例如，马达22和发电机18可以各自向电池组24输出电力。
电池组24是示例性电动化车辆电池。电池组24可以是高压牵引电池，其包括多个电池阵列25(即，电池总成或电池单元组)，所述多个电池阵列25能够输出电力以操作马达22、发电机18和/或电动化车辆12的其他电气负载，以用于提供动力来推进车轮28。其他类型的能量存储装置和/或输出装置也可以用于向电动化车辆12供电。
在一个实施例中，电动化车辆12具有两种基本操作模式。电动化车辆12可以在使用马达22(通常在没有来自发动机14的辅助的情况下)进行车辆推进的电动车辆(EV)模式下操作，从而消耗电池组24的荷电状态直至其在某些驾驶模式/循环下的最大可允许放电率。EV模式是电动化车辆12的电荷消耗操作模式的示例。在EV模式期间，电池组24的荷电状态可以在一些情况下增加，例如由于再生制动的时段而增加。发动机14在默认EV模式下通常是关闭的，但可以基于车辆系统状态或在驾驶员允许时根据需要进行操作。
电动化车辆12可以另外在混合动力(HEV)模式下操作，其中发动机14和马达22都用于车辆推进。HEV模式是电动化车辆12的电荷维持操作模式的示例。在HEV模式期间，电动化车辆12可以减小马达22的推进力的利用度，以便通过增加发动机14的推进力来将电池组24的荷电状态保持在恒定或近似恒定的水平下。除了本公开范围内的EV和HEV模式之外，电动化车辆12还可以在其他操作模式下进行操作。
图2示出了可以在电动化车辆(诸如图1的电动化车辆12)内使用的电池组24。图2是电池组24的透视图，并且某些部件(例如，外壳总成60)以假想线示出以更好地示出电池组24的内部内容物。
电池组24可以容纳多个电池单元56，所述多个电池单元56存储用于为电动化车辆12的各种电气负载供电的能量。在本公开的范围内，电池组24可以采用任意数量的电池单元56。因此，本公开不限于图2所示的确切配置。
电池单元56可以沿着一个或多个堆叠纵轴并排堆叠，以构建成组的电池单元56，有时称为“电池单元堆叠”或“电池单元阵列”。在一个实施例中，电池单元56是棱柱形锂离子电池单元。然而，在本公开的范围内，可以替代地使用具有其他几何结构(圆柱形、软包等)、其他化学物质(镍-金属氢化物、铅酸等)或两者的电池单元。
每组的电池单元56以及任何支撑结构(例如，阵列框架、间隔物、轨道、壁、板、捆绑物等)可以统称为电池总成或电池阵列25。图2中描绘的电池组24包括单个电池阵列25；然而，电池组24可以包括更多数量的电池阵列，并且仍然落在本公开的范围内。再者，本公开不限于图2所示的特定配置。
尽管未在图2的高度示意性描绘中示出，但电池组24可以另外容纳一个或多个电池电子部件。电池电子部件可以包括汇流条电气中心(BEC)、电池电控模块(BECM)、线束、接线回路、I/O连接器等，或者这些电池电子部件的任意组合。
外壳总成60可以容纳电池组24的每个电池阵列25。外壳总成60可以是包括托盘62和盖64的密封壳体。外壳总成60可以包括本公开范围内的任何尺寸、形状和配置。
电路连接器系统66可以结合到电池阵列25中，用于电连接电池单元56。电池单元56可以以串联串或并联串连接。电路连接器系统66可以卡扣配合、焊接、螺栓连接、夹紧或以其他方式附接到电池阵列25的电池单元56或支撑结构(例如，侧壁、端壁、阵列框架等)中的一者或多者。在一个实施例中，电路连接器系统66连接到电池阵列25的电池单元56的顶部表面并且跨越所述顶部表面延伸。然而，也可以预期其他安装位置。
在一个实施例中，其中电池单元56是棱柱形电池单元，电路连接器系统66可以称为汇流条模块。在另一个实施例中，其中电池单元56是软包电池单元，电路连接器系统66可以称为互连汇流条(ICB)模块。
电路连接器系统66可以包括感测引线总成68。感测引线总成68建立用于电连接和平衡电池单元56的电压的集成电路。感测引线总成68还可以被配置成测量每个电池单元56的电压并且将电压读数传递到控制模块(参见图3的特征70)，诸如电池电子控制模块(BECM)，以作进一步处理。例如，控制模块可以处理电压读数以用于设置电池组24的适当功率限制并且用于监测每个电池单元56的总体健康状况。如下面进一步详细描述的，感测引线总成68可以另外结合用于为电池阵列25的各个电池单元56提供电路保护的特征。
图3进一步示出了图2的电路连接器系统66的示例性感测引线总成68。感测引线总成68可以包括多根汇流条72、连接到多根汇流条72的第一部分的第一接线构件74、连接到多根汇流条72的第二部分的第二接线构件76、电路板78和感测引线连接器80。以下进一步详述这些部件中的每一者。
汇流条72可以连接到电池单元56的端子82(参见图2)。每根汇流条72电连接相邻电池单元56的相邻端子82。在一个实施例中，汇流条72连接相邻的端子82，所述端子82包括相反的极性(即，从负到正或从正到负)。
汇流条72可以是冲压的相对薄的金属条，其被配置成传导由电池单元56存储的电力。示例性汇流条材料包括铜、黄铜或铝，但是其他导电材料也可能是合适的。在一个实施例中，汇流条72是具有相对高的电流容量的高电流汇流条。
第一接线构件74和第二接线构件76中的每一者可以将来自电池单元56的电力从汇流条72分配到高压正(+)连接器84和高压负(-)连接器86中的每一者。然后可以根据需要分配电力，以为电动化车辆的电气负载供电。
在一个实施例中，第一接线构件74和第二接线构件76被配置为扁平柔性电缆(FFC)。在另一个实施例中，第一接线构件74和第二接线构件76被配置为柔性印刷电路(FPC)。因此，第一接线构件74和第二接线构件76可以包括相对薄且柔性的基板88。基板88可以由柔韧的(即，可弯曲的)材料制成。这种材料的非限制性示例包括聚酰亚胺(PI)、
Figure BDA0002209029530000091
聚酯(PET)、聚萘二甲酸乙二醇酯(PEN)、聚醚酰胺(PEI)、各种含氟聚合物(FEP)或共聚物等。
第一接线构件74和第二接线构件76中的每一者可以包括一个或多个电压感测引线90。在一个实施例中，电压感测引线90包括铜迹线。然而，其他导电材料可以用于形成电压感测引线90。
电压感测引线90可以集成在基板88上或基板88中。例如，如果第一接线构件74和第二接线构件76被配置为FFC，则电压感测引线90可以在基板88内部包覆成型，或者如果第一接线构件74和第二接线构件76被配置为FPC，则电压感测引线90可以印刷到基板88的外表面上。可以使用各种增材或减材技术将电压感测引线90施加到基板88，所述增材或减材技术包括但不限于模制、印刷、电镀、蚀刻、层压、雕刻、铣削、烧蚀等。
第一接线构件74和第二接线构件76以及因此电压感测引线90可以在汇流条72和电路板78之间延伸。在一个实施例中，至少一个电压感测引线90在每根汇流条72和电路板78之间延伸，电路板78居中位于第一接线构件74和第二接线构件76之间。在一个实施例中，电路板78可以是印刷电路板(PCB)。在另一个实施例中，例如，电路板78由玻璃增强环氧树脂层压材料(诸如FR-4)制成。
一旦感测引线总成68以图2所示的方式连接到电池阵列25，每个电池单元56的电压就可以由第一接线构件74和第二接线构件76的电压感测引线90测量。电压感测引线90可以将电压信号传送到电路板78，所述电路板78可以电连接到感测引线连接器80。感测引线连接器80可以连接到中间线束总成92，所述中间线束总成92连接到控制模块70(参见图3)。替代地，感测引线连接器80可以直接连接到控制模块70(参见图4)。控制模块70可以处理电压信号以用于设置电池组24的适当功率限制并且用于监测每个电池单元56的总体健康状况。
感测引线总成68可以另外包括一个或多个热敏电阻器94。热敏电阻器94可以监测电池阵列25的一个或多个电池单元56的电池状况，诸如温度。热敏电阻器94可以响应于电池单元56的温度变化而呈现电阻的变化。例如，关于响应于温度变化的任何电阻变化的信息可以被传送到感测引线连接器80，然后传送到控制模块70，以用于监测电池阵列25的健康状况，诸如以避免电池单元56的过度充电。
现在主要参考图5，电路板78可以使得能够从感测引线总成68的第一接线构件74和第二接线构件76过渡到附加导线96，所述附加导线96使得电路板78能够连接到感测引线连接器80。附加导线96可以是标准导线、FFC、FPC等。
由于电压感测引线90和电路板78的材料构成的不同，可以在电路板78上设置过渡区域98，用于将电压感测引线90连接到电路板78。过渡区域98可以通过焊料、焊珠、端子连接器等建立。
可以在每个单独的感测引线电路中提供保险丝100，以便保护电池阵列25免于意外的短路事件。在第一接线构件74和第二接线构件76内单独熔合通常是不可能的，因为基板88不允许保险丝100的附接或焊接。然而，居中安装的电路板78提供合适的安装表面99，用于将保险丝100结合到感测引线总成68中。在一个实施例中，安装在电路板78上的保险丝100的总数等于设置在第一接线构件74和第二接线构件76内的电压感测引线90的总数。在相对高的电流事件的情况下，保险丝100可以操作以断开感测引线电路并防止电池单元56的过电流和任何相关联的损坏。
保险丝100在电路板78上的集中安装位置允许对电池阵列25的简单和有效的维护。例如，在过电流事件之后，可以简单地从电路板78移除已熔断的保险丝并进行更换而不需要从车辆移除电池组24或执行任何其他复杂的维护方法。
图6示出了感测引线总成68的电路板78与电路连接器系统66的载体102的示例性连接。在一个实施例中，载体102是电路连接器系统66的塑料壳体。电路板78可以卡扣(例如，夹紧)到载体102中。在一个实施例中，电路板78包括一个或多个柔性保持臂104。柔性保持臂104可以定位在形成于载体102中的开口106内，用于相对于载体102保持电路板78。
本公开的示例性电池组将感测引线熔合直接结合到感测引线总成设计中。感测引线总成的居中安装的电路板为感测引线保险丝提供了合适的安装点，这在现有技术设计中是不可能的。居中安装的电路板还可以通过改变从输入到输出的信号顺序来消除接线引导问题。集中式熔合与感测引线总成的电池阵列顶部表面安装位置相结合，还允许响应于过电流状况对电池阵列进行简单和可靠的维护。
尽管不同的非限制性实施例被示出为具有特定的部件或步骤，但是本公开的实施例不限于那些特定组合。可以将来自非限制性实施例中的任一者的一些部件或特征与来自其他非限制性实施例中的任一者的特征或部件组合使用。
应当理解，贯穿若干图示，相似的附图标记标识对应或类似的元件。应当理解，尽管在这些示例性实施例中公开和示出了特定的部件布置，但是其他布置也可以受益于本公开的教导。
前述描述应当被解释为说明性的而不是以任何限制性意义来解释。本领域普通技术人员将理解，在本公开的范围内可以出现一些修改。出于这些原因，应研究以下权利要求来确定本公开的真实范围和内容。

Claims (15)

1.一种电池阵列，包括：
感测引线总成，所述感测引线总成包括：
第一接线构件，其包括第一电压感测引线；
电路板，其连接到所述第一接线构件；以及
第一保险丝，其安装到所述电路板并连接到所述第一电压感测引线。
2.如权利要求1所述的电池阵列，其包括多个电池单元，并且所述感测引线总成电连接所述多个电池单元。
3.如权利要求1或2所述的电池阵列，其中所述第一接线构件被配置为扁平柔性电缆或柔性印刷电路，并且可选地，其中所述第一电压感测引线在所述扁平柔性电缆内部延伸或者施加在所述柔性印刷电路的外表面上。
4.如权利要求1所述的电池阵列，其包括过渡区域，所述过渡区域设置在所述电路板的安装表面上并连接在所述第一电压感测引线和所述第一保险丝之间。
5.如权利要求1所述的电池阵列，其中所述第一接线构件连接在所述电路板和多根汇流条之间。
6.如权利要求1所述的电池阵列，其包括连接在所述电路板和感测引线连接器之间的至少一根附加导线，并且可选地，其中所述感测引线连接器连接到中间线束总成或直接连接到控制模块。
7.如权利要求1所述的电池阵列，其中所述电路板包括至少一个柔性保持臂，用于将所述电路板固定到电路连接器系统的塑料载体上。
8.如权利要求1所述的电池阵列，其中所述第一电压感测引线在汇流条和所述第一保险丝之间延伸。
9.如权利要求1所述的电池阵列，其中所述感测引线总成包括至少一个热敏电阻器。
10.如权利要求1所述的电池阵列，其中所述感测引线总成包括具有第二电压感测引线的第二接线构件，并且可选地，其中所述电路板居中地安装在所述第一接线构件和所述第二接线构件之间，并且可选地包括第二保险丝，所述第二保险丝安装到所述电路板并连接到所述第二电压感测引线。
11.如权利要求1所述的电池阵列，其中所述感测引线总成是安装在电池阵列的顶部表面处的电路连接器系统的部件。
12.一种方法，包括：
将保险丝安装到电池阵列电路连接系统的感测引线总成的电路板，
其中所述保险丝被配置成响应于电池过电流状况而断开由所述感测引线总成的电压感测引线建立的电路。
13.如权利要求12所述的方法，包括：
响应于所述电池过电流状况而从所述电路板移除所述保险丝；以及
用第二保险丝更换所述保险丝。
14.如权利要求12或13所述的方法，包括过渡区域，所述过渡区域设置在所述电路板的安装表面上并连接在所述电压感测引线和所述保险丝之间。
15.如权利要求12所述的方法，其包括：
将所述电路板连接到感测引线连接器；以及
将所述感测引线连接器连接到线束总成或控制模块。
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