CN113394508A - 电池模块 - Google Patents

Abstract

一种电池模块(100)包括：包封在壳体(101)中的多个单元、可螺纹附接至壳体(101)的端盖(102)、在壳体(101)中定位在端盖(102)后方的电池管理系统板(206)以及可移除地附接到电池管理系统板(206)的多个端部连接件(103a和103b)。所述端部连接件包括与电池模块(100)的电源线相对应的第一端部连接件(103a)和与电池模块(100)的信号线相对应的第二端部连接件(103b)。所述端部连接件避免信号线与电源线的干扰，并使电池模块(100)防水且防尘。

Description

电池模块

技术领域

本主题涉及电池模块。更具体地，公开了电池模块的端部连接件。

背景技术

电池技术的现有研究涉及可充电电池，诸如密封、贫液式(starvedelectrolyte)、铅/酸电池，它们通常在诸如车辆等这样的不同应用中用作电源。然而，铅酸电池笨重、庞大，并且具有短的循环寿命、短的日历寿命和低的周转效率，导致应用方面的限制。

因此，为了克服与包括铅酸电池的常规储能设备相关联的问题，锂离子电池提供了用于高能量密度应用、改进的倍率能力和安全性的理想系统。此外，可充电储能设备-锂离子电池具有一种或多种有益的特性，这使其能够在受电设备上使用。首先，出于安全原因，锂离子电池由所有固体部件构造，同时仍具有柔性和紧凑性。其次，包括锂离子电池的储能设备展现出与具有液体电解质的原电池相似的导电特性，即，以低的自放电率实现高功率和能量密度。再次，作为锂离子电池的储能设备容易能够以既可靠又具有成本效益的方式制造。最后，包括锂离子电池的储能设备能够在低于环境温度的情况下保持必要的最小电导率水平。

在用于储能设备的已知结构中，包括锂离子电池单元的一个或多个储能单元利用至少一个互连结构以串联和并联组合的方式设置在至少一个保持器结构中。互连结构适于使储能单元与电池管理系统(BMS)电互连。由储能设备产生的输出电压和输出电流在被BMS监测和调节之后，经由端部连接件被传输到一个或多个电子和电气部件，该电子和电气部件被配置为由储能设备供电。端部连接件的设计对于储能设备的安全性、可维修性和可维护性至关重要。

附图说明

参照附图进行详细的描述。在整个附图中，相同的附图标记用于指代相似的特征和部件。

图1示例性地示出了电池模块。

图2示例性地示出了图1中示例性地示出的电池模块的分解透视图。

图3A和图3B示例性地示出了电池模块的第二端部连接件的透视图。

图4A至图4C示例性地示出了电池模块的第一端部连接件的透视图。

图5A和图5B示例性地示出了具有第一端部连接件和第二端部连接件的电池模块的透视截面图。

具体实施方式

储能设备经由多个端部连接件连接到随后的储能设备以及电源系统的电气负载和电子负载。通常，储能单元的输出通过导线连接到电池管理系统(BMS)电路板，并且来自端部连接件的输出电压和输出电流通过导线连接到电源系统中的电子负载和电气负载。这些互连导线在组装储能设备时具有短路的可能性。

为了防止这种不利事件的发生，在储能设备的现有结构中，端部连接件模制到储能设备的端盖中。这种端部连接件是不可移除的，在维修端部连接件的情况下需要更换整个端盖。在储能设备的一些其他结构中，除了储能设备中的BMS之外，端部连接件还定位在位于储能设备中的印刷电路板(PCB)上。这种PCB不是柔性的，并且在储能设备的组装期间承受压力，导致储能设备中的PCB失效。此外，储能设备中的附加部件增加了储能设备的重量以及与储能设备的制造、维修和更换相关联的成本。

需要一种具有端部连接件的储能设备的改进的设计，该端部连接件确保在储能设备的组装、维护和维修期间的安全性，以克服以上公开的所有问题以及现有技术的其他问题。

本主题公开了一种储能设备，即，电池模块，其包括端部连接件的改进且简化的设计，以促进电池模块与电池控制器、充电单元或受电设备(例如，车辆)中的随后的电池模块的连接。

图1示例性地示出了电池模块100的透视图。电池模块100包括以特定顺序布置在单元保持器中的多个单元。单元以串联和/或并联配置电连接，以形成单元阵列。这种单元阵列电连接到电池模块100内的电池管理系统(BMS)。如图2中示例性地示出的，BMS是具有集成在其上的一个或多个集成电路的印刷电路板。

如示例性地示出的，电池模块100包括具有防振和抗冲击的燕尾图案的外部壳体101、第一端盖102、第二端盖(未示出)和电池组。外部壳体101的燕尾图案利于在设备或受电产品内的空间中容易地安装和拆卸电池模块100。外部壳体101从顶部和底部包封电池组。第二端盖(未示出)和前端盖102分别从后部和前部包封电池组。

如示例性地示出的，多个端部连接件103a和103b的端子柱从第一端盖102延伸。第一端盖102还包括导向器104和保持夹持器105，以引导连接至电池模块100的端部连接件103a和103b的电力线缆106和信号线缆。

图2示例性地示出了电池模块100的分解透视图。如示例性地示出的，电池组204包封在第二端盖203、外部壳体101、第一端盖102之间。BMS板206附接到电池组204的侧部之一。在一个实施例中，BMS板206位于电池组204与第一端盖102之间。端部连接件103a和103b可移除地附接到BMS板206。外部壳体101具有用于第二端盖203和第一端盖102的安装装置。第二端盖203和第一端盖102分别利用多个附接装置202和209紧固到外部壳体101。根据优选实施例，附接装置可以是紧固件。电池组204具有用于BMS板206的安装装置。BMS板206可螺纹附接到电池组204的单元保持器204a。

多个端部连接件103a和103b包括第一端部连接件103a和第二端部连接件103b。在图1中示例性地示出的第一端部连接件103a对应于电池模块100的电源线。第一端部连接件103a安装在BMS板206上。第二端部连接件103b对应于电池模块100的信号线。第二端部连接件103b是两部分的信号连接器，包括凹型信号连接器207和紧固到BMS板206的凸型信号连接器208。

图3A和图3B示例性地示出了电池模块100的第二端部连接件103b的透视图。第二端部连接件103b包括凹型信号连接器207和对应的凸型信号连接器208。凹型信号连接器207包括至少一个中空引脚，诸如，居中地位于其主体中的六个中空引脚301。对应的凸型信号连接器208与凹型信号连接器207可移除地接合。凹型信号连接器207直接利用紧固件205紧固在BMS板206上。至少一个中空引脚301模制到凹型信号连接器207的主体中。对应于中空引脚301，BMS板206包括对应的至少一个安装装置(诸如孔206a)，以利用紧固件205从BMS板206的与电池组204接触的表面将凹型信号连接器207与引脚301一起可移除地附接到BMS板206。凸型信号连接器208包括从后表面208a凸出的六个香蕉插头302，以与凹型信号连接器207中的六个引脚301接合。凹型信号连接器207中的中空引脚301与凸型信号连接器208的插头302接合。在凸型信号连接器208的第一表面208b上，六个香蕉插头302利于电池组204的信号线从外部接入。

此外，凸型信号连接器208在两侧包括夹具303，以易于使凸型信号连接器208与凹型信号连接器207配合和脱离。为了使香蕉插头302与中空引脚301配合，中空引脚301的内径大于香蕉插头302的直径或者与香蕉插头302的直径在接合上相符，并且香蕉插头302插入中空引脚301的中空空间，以实现可操作且稳定的电接触和连接。在将香蕉插头302与中空引脚301配合的同时，将夹具303例如向内压向香蕉插头302。一旦香蕉插头302与中空引脚301接合，则松开夹具303。夹具303确保了香蕉插头302与中空引脚301的牢固且紧密的锁定。为了使香蕉插头302与中空引脚301脱离，再次按压夹具303，并将香蕉插头302从中空引脚301中拔出。引脚301对应于来自BMS板206的信号。第二端部连接件103b促进电池模块100与相似类型的其他电池模块的并联连接。而且，第二端部连接件103b有助于电池模块100与受电设备(例如，车辆)中的电池控制器的通信。

图4A至图4C示例性地示出了电池模块100的第一端部连接件206b的透视图。第一端部连接件206b将来自BMS板206的电流从电池模块100输送到电气负载。来自电池组204中的单元的电流最终到达BMS板206上的正极端子和负极端子。第一端部连接件206b包括端子保持器401，该端子保持器401利用至少一个安装装置402a和402b可移除地附接到电池模块100的BMS板206。如示例性地示出的，端子保持器401是汇流条，其具有用于安装电池模块100的至少一个保护设备404、正极端子柱405a和负极端子柱405b的安装装置。BMS板206的正极端子连接到正极端子柱405a，并且BMS板206的负极端子连接到负极端子柱405b。在正极端子柱405a与负极端子柱405b之间，连接电池模块100的电气负载或者电池模块100的充电器以对电池模块100进行充电。正极端子柱405a和负极端子柱405b穿过前端盖102伸出。如在图1中示例性地示出的，正极端子柱405a和负极端子柱405b位于前端盖102中的凹部(未示出)中。

端子保持器401上的至少一个保护设备404是例如暴露于预定值的直流电的保险丝。根据一个实施例，预定值可以是70安培。保险丝是自作用的断路器，用于保护电池模块100免受过大的电流。电池模块100中的过大的电流可能是由于电池模块100内的部件的错误布线、BMS板206的正极端子短路或电池模块100过载等引起的。保险丝位于非常接近BMS板206的正极端子并连接到正极端子。负极端子接地。在保险丝与电气负载之间发生故障的情况下，保险丝烧断，并且流向负载的电流停止。利用附接装置403a和403b(例如，在安装装置406a和406b处的螺钉和螺母)，将保护设备404安装在端子保持器401上。

正极端子柱405a和负极端子柱405b在端子保持器401上的指定位置处牢固地附接到端子保持器401。根据一个实施例，正极端子柱405a是螺栓408a，其中来自BMS板206的正极端子的导体利用螺母(诸如409)放置并紧固到端子保持器401。类似地，根据一个实施例，负极端子柱405b是螺栓408b，其中来自BMS板206的负极端子的导体利用螺母(诸如409)放置并紧固到端子保持器401。例如，利用紧固件409(例如，螺钉和垫圈)从端子保持器401的底部将正极端子柱405a和负极端子柱405b中的每一个紧固到端子保持器401。在一个实施例中，正极端子柱405a和负极端子柱405b中的每一个都包括垫片407a和407b，诸如用于在正极端子柱405a和负极端子柱405b处紧密密封的O形环密封件。垫片407a和407b提供端子柱405a和405b免于水和灰尘的坚固密封连接，以符合电池模块100的IP67。

在一个实施例中，如图4C中示例性地示出的，端子保持器401是塑料基座构件411，金属连接器(诸如410、412和413)在预定的紧固位置处可螺纹附接或包覆模制在塑料基座构件411的底表面上。金属连接器412和413利于将端子保持器401可拆卸地附接到BMS板206。金属连接器412和413具有将塑料基座构件411安装到电池模块100的BMS板206的安装装置402a和402b。金属连接器410在正极端子柱405a处将保险丝与BMS板206的正极端子串联连接。

正极端子柱405a和负极端子柱405b从塑料基座构件411穿过第一端盖102延伸，以向外部负载供电。正极端子柱405a和负极端子柱405b形成图1中示例性示出的第一端部连接件103a。根据一个实施例，正极端子柱405a和负极端子柱405b具有不同的几何形状，以避免在电池模块100的制造、组装或维修期间极性的互换。在一个实施例中，正极端子柱405a和负极端子柱405b具有防旋转功能，以确保正极端子柱405a和负极端子柱405b紧密地紧固到端子保持器401。

图5A和图5B示例性地示出了具有第一端部连接件103a和第二端部连接件103b的电池模块100的透视截面图。如示例性示出的，电池模块100的电池组204包括多个单元501，所述多个单元501定位在单元保持器结构204a上并且利用互连片502串联和并联连接。单元501的端子连接到互连片502并且连接到BMS板206。第二端部连接件103b的截面的放大图在图5B中示例性地示出。在第二端部连接件103b中，凸型信号连接器208的至少一个香蕉插头302与凹型信号连接器207的至少一个引脚301接合。凸型信号连接器208在两侧上包括锁定元件或夹具303，以易于将凸型信号连接器208插入和移除，从而将凸型信号连接器208与凹型信号连接器207配合和脱离。

正极端子柱405a和负极端子柱405b从BMS板206延伸并穿过第一端盖102伸出。电池组204的电源线的眼式端子拧在端子柱405a和405b上。电池组204的信号线被焊接或压接在香蕉插头302中。信号线来自安装在电池组204上的温度传感器、电池组204中的单个单元的电流测量部或者电池组204中的单个单元的电压电平检测器中的至少一者。

如图1中示例性地示出的，第一端盖102还包括导向器104，该导向器104用于引导从正极端子柱405a和负极端子柱405b引出的线缆106。导向器104位于第一端盖102上的凹部中，以引导线缆穿过第一端盖102中的凹部。第一端盖102具有在正极端子柱405a和负极端子柱405b上方的伸出部，正极端子柱405a和负极端子柱405b不会延伸超过该伸出部。导向器104和伸出部确保从正极端子柱405a和负极端子柱405b延伸的线缆106被压配合到导向器104中并且不会从前端盖102的表面隆起，从而避免了当将电池模块100紧凑地定位在受电设备(例如，车辆)中时，线缆106上的应力和损坏。保持夹持器105保持被引导的线缆，并防止线缆106悬空，以避免损坏线缆106。

电池模块中的端部连接件在电池技术方面提供了如下技术进步：具有这种第一端部连接件和第二端部连接件的电池模块避免了信号线与电源线的干扰。夹持器从第一端部连接件处进一步引导线缆，从而避免线缆的压接、剥落和缠结。第一端部连接件和第二端部连接件在构造上坚固，允许线缆与第一端部连接件和第二端部连接件多次接合和脱离，从而改进了电池模块的耐用性和可靠性。端部连接件中的垫片防止灰尘和水通过端部连接件进入电池模块，从而形成防水且防尘的电池模块。在第一端部连接件中的端子柱的不同几何形状防止端子柱的极性互换，并简化了电池模块的组装和维修，从而节省了电池模块的组装、维修和维护工时。这种电池模块允许不间断的供电以驱动受电设备，因为端部连接件促进了多个这种电池模块的互连。

可以在不背离本发明的范围的情况下在本文中并入改进和修改。

Claims (9)

1.一种用于受电设备的电池模块(100)，包括：

多个单元，包封在壳体(101)中；

至少一个端盖(102)，牢固地附接到所述壳体(101)；

电池管理系统板(206)，在所述壳体(101)中定位在至少一个端盖(102)的近侧；以及

多个端部连接件(103a和103b)，可移除地附接到所述电池管理系统板(206)，其中，所述多个端部连接件(103a和103b)包括：

第一端部连接件(103a)，对应于所述电池模块(100)的电源线，所述第一端部连接件(103a)包括定位在所述电源线之间的至少一个保护设备(404)，以向所述电池模块(100)提供电保护；以及

第二端部连接件(103b)，对应于所述电池模块(100)的信号线。

2.根据权利要求1所述的电池模块(100)，其中，所述第一端部连接件(103a)包括：

端子保持器(401)，可移除地附接到所述电池管理系统板(206)，

从所述端子保持器(401)延伸的正极端子柱(405a)和负极端子柱(405b)，以用于向电气负载供电，以及

连接到所述正极端子柱(405a)的所述至少一个保护设备(404)，以将电流从所述电池管理系统板(206)输送到所述正极端子柱(405a)。

3.根据权利要求2所述的电池模块(100)，其中，所述正极端子柱(405a)和所述负极端子柱(405b)从所述电池管理系统板(206)穿过所述至少一个端盖(102)伸出，并且其中，所述正极端子柱(405a)和所述负极端子柱(405b)具有不同的几何形状。

4.根据权利要求2所述的电池模块(100)，

其中，所述端子保持器(401)包括基座构件(411)，至少一个连接器(410、411、413)在预定的紧固位置处紧固在所述基座构件(411)的底表面上，并且

其中，所述至少一个连接器(410)中的一个将所述至少一个保护设备(404)连接到所述正极端子柱(405a)。

5.根据权利要求2所述的电池模块(100)，其中，所述第一端部连接件(103a)将来自所述电池管理系统板(206)的电流从所述电池模块(100)输送到电气负载。

6.根据权利要求1所述的电池模块(100)，其中，所述第二端部连接件(103b)包括：

至少一个凹型信号连接器(207)，包括牢固地附接到所述电池管理系统板(206)的至少一个中空引脚(301)，以及

至少一个对应的凸型信号连接器(208)，包括至少一个插头(302)，所述至少一个插头(302)与所述至少一个凹型信号连接器(207)的所述至少一个中空引脚(301)可移除地接合，用于将所述电池模块(100)连接到电池控制器。

7.根据权利要求6所述的电池模块(100)，其中，所述至少一个凸型信号连接器(208)还包括用于将所述至少一个插头(302)与所述至少一个凹型信号连接器(207)的所述至少一个中空引脚(301)牢固且紧密地锁定的夹具。

8.根据权利要求1所述的电池模块(100)，其中，所述第二端部连接件(103b)促进所述电池模块(100)与其他电池模块的并联连接。

9.根据权利要求1所述的电池模块(100)，其中，所述端盖(102)还包括导向器(104)和保持夹持器(105)，以引导分别连接至所述第一端部连接件(103a)和所述第二连接件(103b)的电力线缆和信号线缆。

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