CN113785670A - 电池模块的电气部件壳体 - Google Patents

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Abstract

在本发明中公开了一种用于容纳电气部件的电气部件壳体。根据本发明的电气部件壳体可以包括：壳体主体，该壳体主体形成外形；以及金属支撑结构，该金属支撑结构嵌入壳体主体中。

Description

电池模块的电气部件壳体
技术领域
本公开涉及一种电气部件壳体，更具体地，本公开涉及一种电池模块的电气部件壳体，其旨在通过加强刚度并将汇流条等集成到该壳体来提高封装效率。
本申请要求2019年8月13日在韩国提交的韩国专利申请10-2019-0098993号的优先权，其公开内容通过引用并入本文中。
背景技术
目前商业化的二次电池包括镍镉电池、镍氢电池、镍锌电池、锂二次电池等。在这些电池之中，锂二次电池由于具有诸如由基本无记忆效应所引起的充放电自由、自放电率极低以及能量密度高等优点而与镍类二次电池相比更为突出。
近来，二次电池不仅广泛用于诸如便携式电子设备这样的小型设备中，而且还广泛用于诸如电动车辆和能量存储设备(ESS)这样的中型或大型设备中。例如，当在电动车辆中使用时，将大量二次电池电连接以形成电池模块，并且将多个电池模块连接以构成电池组，以增加能量容量和输出。
电池模块/电池组内部的各种电气部件的壳体主要使用注射成型。注射成型产品由塑料制成，并且用作注射成型材料的树脂在高温下熔化，然后被放入模具中，以完成产品。
注射成型工艺本质上具有以下缺点：由于高温树脂接触外部环境温度，所以在注射之后的冷却工序期间导致产品的变形。这种变形会降低产品的尺寸可靠性，并削弱注射成型产品的机械强度。因此，需要降低冷却工序期间的变形量，并且确保注射之后的电气部件壳体的强度和可靠性。
同时，电池模块可以包括用于控制电池单体的充电和放电的各种电气部件，诸如BMS、继电器、电流传感器和保险丝。电气部件壳体一体地容纳各种电气部件。然而，随着电池模块/电池组的小型化趋势，电气部件壳体的尺寸也在减小。因此，需要通过使得由电气部件壳体中的电缆或汇流条占据的空间最小化来增加电气部件壳体的空间利用率。
发明内容
技术问题
本公开旨在提供一种在注射成型之后具有高机械刚度并防止变形的电气部件壳体。
本公开还旨在通过将汇流条等集成到壳体来提供具有空间自由度和方便的电气部件封装的电气部件壳体。
下面将描述本公开的其他目的和优点，并且将通过本公开的实施例来理解其他目的和优点。此外，本公开的目的和优点可以通过权利要求中限定的部件及其组合来实现。
技术方案
在本公开的一个方面，提供了一种电池模块的电气部件壳体，该电气部件壳体容纳电气部件，该电气部件壳体包括：壳体主体，该壳体主体形成所述电气部件壳体的外观；以及金属支撑结构，该金属支撑结构嵌入所述壳体主体的内部。
所述壳体主体可以由塑料材料制成，并且所述壳体主体可以与所述金属支撑结构一起通过嵌件注射成型来制备。
所述壳体主体可以包括：底部，该底部被构造成形成该壳体主体的底表面；以及壁部，该壁部被构造成沿着底部的周缘形成壁，并且金属支撑结构可以嵌入底部和壁部中的至少一个的内部。
所述金属支撑结构可以包括至少一个汇流条，该汇流条可以包括：端子部，该端子部具有紧固孔并且与两个端部部分相对应；以及连接部，该连接部被构造成在所述端子部之间形成电流路径，所述汇流条的端子部可以暴露于所述壳体主体的内部空间，并且所述汇流条的连接部可以嵌入底部和壁部中的至少一个的内部。
所述电气部件壳体还可以包括端子支撑件，该端子支撑件被设置到所述底部的拐角区域并且具有盒状形状，所述汇流条的端子部中的一个端子部可以被设置在端子支撑件的上表面处，并且所述汇流条的端子部中的另一个端子部可以被设置成从底部直立。
所述壳体主体可以具有通过切割底部的一部分而形成的多个散热孔，使得所述汇流条的连接部的至少一部分暴露在所述壳体主体之外。
所述金属支撑结构可以包括：至少一个水平框架，所述至少一个水平框架被构造成在所述底部的水平方向上延伸；以及至少一个竖直框架，所述至少一个竖直框架被构造成在所述底部的竖直方向上延伸。
所述壳体主体还可以包括凸缘部，该凸缘部被构造成从所述底部突出到壁部之外，并且所述竖直框架可以具有形成在该竖直框架的端部处的衬套孔，使得螺栓穿过该衬套孔，并且该衬套孔位于凸缘部的内部。
在本发明的另一方面，还提供了一种电池模块，该电池模块包括上述电气部件壳体。
在本公开的又一方面，还提供了一种制造电池模块的电气部件壳体的方法，该电气部件壳体容纳电气部件，该方法包括：壳体注射成型步骤：执行嵌件注射成型，使得金属支撑结构嵌入壳体主体中。
所述金属支撑结构可以包括至少一个汇流条，该汇流条可以包括：端子部，该端子部具有紧固孔并且与两个端部部分相对应；以及连接部，该连接部被构造成在端子部之间形成电流路径，所述汇流条的端子部可以暴露于壳体主体的内部空间，并且所述汇流条的连接部可以嵌入壳体主体的底部和壁部中的至少一个的内部。
所述金属支撑结构可以包括：至少一个水平框架，所述至少一个水平框架被构造成在底部的水平方向上延伸；以及至少一个竖直框架，所述至少一个竖直框架被构造成在底部的竖直方向上延伸。
有益效果
根据本公开的实施例，由于金属支撑结构可以用作壳体主体的骨架，所以能够提供一种在注射成型之后具有高机械刚度并防止变形的电气部件壳体。
根据本公开的另一实施例，由于汇流条等与壳体主体以一体结构来制造，所以能够提供一种方便电气部件封装的电气部件壳体。
此外，在根据本公开的电气部件壳体中，由于只有汇流条的端子部暴露在壳体主体之外，并且汇流条的其余部分起到金属支撑结构的作用，所以无需包覆汇流条以用于绝缘。
本公开的效果不限于以上，并且本领域技术人员可以从本说明书和附图中清楚地理解本文中未提及的效果。
附图说明
图1是示出了根据本公开实施例的电气部件壳体的示意性立体图。
图2是示出了电气部件被容纳在图1的电气部件壳体中的状态的视图。
图3是图2的平面图。
图4是沿着图2的I-I’线截取的剖视图。
图5是图2的仰视图。
图6是沿着图2的II-II’线截取的剖视图。
具体实施方式
在下文中，将参考附图详细描述本公开的优选实施例。在描述之前，应当理解，说明书和所附权利要求中使用的术语不应被解释为限于一般含义和字典含义，而是基于允许发明人适当定义术语以获得最佳解释的原理，基于与本公开内容的技术方面相对应的含义和概念来解释术语。因此，本文所提出的描述仅是为了说明目的的优选示例，并非旨在限制本发明的范围，因此应当理解，在不脱离本公开的范围的情况下，还可以进行其他的等同方案和修改。
提供本文中所公开的实施例是为了更完善地解释本公开，因此为了更好地理解，在附图中可以夸大、省略或简化部件的形状、尺寸等。因此，附图中部件的尺寸和比例并不完全反映实际的尺寸和比例。
下面将描述的电气部件壳体用于容纳和保护电池模块或电池组内部的各种电气部件。即，本实施例中提到的电气部件壳体可以作为电池模块或电池组的部件。当然，根据本公开的电气部件壳体不一定必需仅用作电池模块或电池组的部件。例如，该电气部件壳体可以用作用于储能系统和其他电气设备的电气部件壳体。
图1是示出了根据本公开实施例的电气部件壳体的示意性立体图，
图2是示出了电气部件被容纳在图1的电气部件壳体中的状态的视图。
参考这些附图，根据本公开实施例的电气部件壳体10包括：壳体主体100，该壳体主体100形成所述电气部件壳体的外观；以及金属支撑结构200，该金属支撑结构200嵌入壳体主体100中。
所述壳体主体100包括底部110和壁部120。
所述底部110是形成所述壳体主体100的底表面的部分，并且可以被设置成具有预定厚度的大致矩形板形状。电气部件可以被固定地安装在所述底部110上的预定位置处。所述电气部件可以是例如主继电器20a、电流传感器20b、预充电继电器20c、寄存器20d等。
所述壁部120是沿着所述底部110的周缘形成壁的部分，并且可以与所述底部110一体地形成。电气部件被布置在由所述壁部120包围的底部110的空间中。在该空间由覆盖件遮蔽或敞开的状态下，所述壳体主体100可以被固定地安装在电池模块或电池组的内部的一侧处。
所述金属支撑结构200是在所述壳体主体100的内部用作所述壳体主体100的骨架的部件。例如，所述壳体主体100可以通过嵌件注射成型来制造，在该嵌件注射成型中，所述金属支撑结构200被放入注射模具中，并且用作用于注射原料的树脂被注入该注射模具中。如后文将描述的，所述金属支撑结构200可以嵌入所述壳体主体100的底部110和壁部120中的至少一个中，并且只要该金属支撑结构200由诸如不锈钢、铜和铝合金这样的具有机械强度的金属即可，否则没有特别限制。
所述金属支撑结构200具有比注射成型塑料产品相对更小的热变形系数。换言之，由于所述金属支撑结构200具有比塑料更好的耐热性，所以即使在注射之后也几乎不发生变形。由于所述金属支撑结构200被集成到注射成型产品中，所以可以在注射之后立即降低注射成型产品的收缩量。
因此，与一般的注射成型塑料产品相比，根据本公开的包括金属支撑结构200的电气部件壳体10具有尺寸精度更好和机械强度更高的优点。
同时，根据该实施例的金属支撑结构200可以包括至少一个汇流条210、水平框架220和竖直框架230。
所述汇流条210是具有一定厚度、宽度和长度的金属板，并且是形成电池模块/电池组的大电流路径的构件。所述汇流条210可以被设置成通过弯曲或扭转以形成各种路径来连接特定设备或端子。
在本公开中，所述汇流条210用作所述金属支撑结构200之一。换言之，在本公开中，所述汇流条210的很大一部分被嵌入电气部件壳体10中，因此被用于加强机械强度，并且可以改善所述电气部件壳体10中的绝缘性和空间自由度。
所述汇流条210包括两个端子部211、212以及在所述两个端子部211、212之间限定电流路径的连接部213。所述端子部211、212具有紧固孔，并且被螺栓连接到外部设备或电气部件的端子，以进行电连接和机械固定。所述连接部213可以延伸为两个端子部211、212之间的预定路径，以形成各种电流路径。
具体地，一起参考图3和图4，所述汇流条210可以以如下形式用作所述金属支撑结构200的一部分：所述汇流条210的端子部暴露于所述底部110的内部空间，并且所述汇流条210的连接部213嵌入所述底部110和壁部120中的至少一个中。
在所述底部110的拐角区域处还可以设置箱形端子支撑件140。所述端子支撑件140是如下结构：其在距离所述底部110一定高度处支撑所述汇流条210的端子部211，并且提供用于将所述连接部213的一部分嵌入其中的位置。
所述汇流条210的一个端子部211可以被水平放置在所述端子支撑件140的上表面上，另一个端子部212可以被设置成在与所述一个端子部211间隔开预定距离的位置处从所述底部110直立。在下文中，一个端子部将被称为第一端子部211，另一个端子部将被称为第二端子部212。
尽管为了绘图方便而未示出，但所述第一端子部211可以接触另一个汇流条的一端或者接触连接到单体组件的电极端子中的一个电极端子的电缆的一端，并且可以通过用螺栓紧固来固定。此时，设置有所述端子支撑件140的所述壳体主体100的拐角区域的外部部分可以具有凹形形状，使得螺栓可以穿过所述端子支撑件140，并且可以被容易地紧固到所述第一端子部120的紧固孔。
此外，所述第二端子部212可以接触位于所述底部110的内部的空间中的主继电器20a的电极端子中的一个。所述主继电器20a的电极端子可以包括：螺栓，该螺栓可以插入所述第二端子部212的紧固孔中；以及金属板，该金属板与所述第二端子部212相对应。
所述连接部213被弯曲至少一次，并且可以从所述第一端子部211穿过所述端子支撑件140的内部和底部110的内部延伸到所述第二端子部212。
在传统的汇流条210中，所述连接部213通常包覆有用于绝缘的绝缘管，并且被设置在所述电气部件壳体10内暴露于外部。然而，在本公开中，所述连接部213被嵌入所述壳体主体100中，以用作金属支撑结构200的一部分，因此能够排除诸如绝缘管这样的包覆层。特别地，具有复杂路径的刚性汇流条难以通过插入绝缘管等中进行包覆，并且绝缘管本身也很昂贵。在这方面，本公开不仅有利于提高所述电气部件壳体10的机械强度，而且有利于制造所述汇流条210和降低成本。
在本实施例中，两个汇流条210中的一个汇流条用于形成电池单体组件的正极端子与继电器设备的正极端子之间的电流路径，另一个汇流条210用于形成电池单体组件的负极端子与继电器设备的负极端子之间的电流路径。尽管未示出，但除了继电器设备之外，附加的汇流条210还可以以类似的方式嵌入所述电气部件壳体10中，以用于电流传感器、预充电继电器等的电连接。
如果流过所述汇流条210的电流的强度非常大，则可能会生成热量，因此需要对用于高电压/大电流的汇流条210进行冷却，以适当地维持温度。
为此，根据本实施例的壳体主体100还可以包括通过切割所述底部110的一部分而形成的多个散热孔130，使得所述汇流条210的连接部213的至少一部分暴露在所述壳体主体100之外。
即，如图5所示，在所述壳体主体100的底部110中，散热孔130被设置在所述底部110的嵌入有所述汇流条210的连接部213的后表面处。所述散热孔130可以例如被形成为格栅结构。因此，根据该实施例，从所述汇流条210生成的热量可以通过所述散热孔130朝向所述壳体主体100的底部消散。为了更积极地冷却所述汇流条210，可以将小风扇安装在所述散热孔130下方，以对所述汇流条210进行空气冷却。
同时，根据本公开实施例的金属支撑结构200还包括多个水平框架220和竖直框架230。可以期望将所述水平框架220和竖直框架230均匀地布置在所述底部110的区域范围内，以尽可能地减少所述底部110的变形。为此，一起参考图1和图6，所述水平框架220沿着所述底部110的水平方向(X轴方向)伸长，并且被布置成彼此间隔开预定距离，所述竖直框架230也可以沿着所述底部110的竖直方向(Y轴方向)伸长，并且被布置成彼此间隔开预定距离。
与所述电气部件壳体10的壁部120发生收缩及扭转时相比，在形成所述电气部件壳体10的底表面的底部110发生收缩及扭转时产生的组装公差更大，因此该实施例着重于通过将所述金属支撑结构200嵌入所述底部110中来防止所述底部110的变形。然而，与该实施例不同，还可以根据需要另外地将所述水平框架220或竖直框架230进一步嵌入壁部120中。
所述壳体主体100还可以包括凸缘部150，该凸缘部150被构造成从所述底部110突出到壁部120之外。当将所述电气部件壳体10固定到例如电池模块或电池组的托盘时，所述凸缘部150可以用作螺栓紧固位置。
通过向所述壳体主体100的竖直方向(Y轴方向)上的两侧中的每一侧设置两个凸缘部，可以总共设置四个凸缘部150。此外，所述竖直框架230的两端可以位于所述凸缘部150的内部。在所述竖直框架230的端部处，可以设置螺栓可以从中穿过的衬套孔240。换言之，所述衬套孔240可以是形成在所述竖直框架230的端部处的金属管形状。
在本公开中，由于所述竖直框架230的衬套孔240位于所述凸缘部150的内部，所以能够防止所述壳体主体100在注射之后发生变形，并且加强所述凸缘部150的机械强度。因此，即使将来使用螺栓将所述凸缘部150牢固地联接到其它结构，所述凸缘部150也不会容易断裂或损坏。这可以有利于将所述电气部件壳体10稳定地安装到电池模块或电池组的托盘。
接下来，以下将简要描述制造根据本公开的电气部件壳体10的方法。
制造所述电气部件壳体10的方法包括壳体注射成型步骤：执行嵌件注射成型，以制造所述壳体主体100，使得所述金属支撑结构200嵌入该壳体主体100中。
首先，执行根据各种条件(诸如待安装的电气部件的数量和形状以及用于连接电气部件的汇流条210的路径)来设计包括所述底部110和壁部120的壳体主体100的步骤以及制备待嵌入所述壳体主体100中的金属支撑结构200的步骤。
接下来，执行壳体注射成型步骤：执行嵌件注射成型，使得所述金属支撑结构200嵌入所述壳体主体100中。
可以通过首先将所述金属支撑结构200放入注射模具中并将塑料树脂注射到注射模具中来执行所述壳体注射成型步骤。此时，塑料树脂可以是任何树脂，只要它具有一定的耐久性和电绝缘性即可。
如上文所述，所述金属支撑结构200可以采用汇流条210、水平框架220和竖直框架230中的全部。
在所述汇流条210的情况下，除了所述汇流条210的端子部之外，所述连接部213完全嵌入所述底部110和壁部120中的至少一个的内部。而且，所有的水平框架220和竖直框架230沿着所述底部110的水平方向和竖直方向伸长，并且被嵌入成均匀地分布在所述底部110的区域上。
接下来，在维持注射模具中的压力的同时冷却和固化所述壳体主体100。此时，如上文所述，由于所述金属支撑结构200均匀地嵌入所述壳体主体100中，所以可以使得注射成型产品的尺寸变化最小化。随后，取出在注射模具内部硬化的所述电气部件壳体10，从而完成制造过程。
如上文所述，在根据本公开的电气部件壳体10中，由于所述金属支撑结构200被包括在所述壳体主体100中，所以在注射成型之后可以提高所述壳体主体100的尺寸精度和机械强度。
此外，由于作为所述金属支撑结构200的一部分的汇流条210被包括在与所述壳体主体100成一体的结构中，所以不需要用绝缘管等单独地包覆所述汇流条210，并且增加了空间自由度，因此可以非常有效地封装电气部件。通过使用所述电气部件壳体10，可以非常有利于简化电池模块或电池组的整体组装过程。
同时，根据本公开的电池模块可以被构造成包括上文描述的电气部件壳体，并且电池组可以被构造成包括至少一个电池模块。
电池组可以应用于车辆，诸如电动车辆或混合动力电动车辆。而且，电池组还可以应用于储能系统或其他IT产品。
已经详细描述了本公开。然而，应当理解，详细描述和具体示例虽然指示了本公开的优选实施例，但仅作为说明给出，因为从该详细描述中，本公开范围内的各种变化和修改对于本领域技术人员来说将变得显而易见。
同时，尽管在说明书中使用了诸如“上”、“下”、“左”和“右”的表达方向的术语，但是它们只是为了便于描述，并且可以取决于观看者或对象的位置而不同地表达，这对于本领域技术人员来说是显而易见的。

Claims (12)

1.一种电池模块的电气部件壳体，所述电气部件壳体容纳电气部件，所述电气部件壳体包括：
壳体主体，所述壳体主体形成所述电气部件壳体的外观；以及
金属支撑结构，所述金属支撑结构嵌入所述壳体主体的内部。
2.根据权利要求1所述的电气部件壳体，其中，所述壳体主体由塑料材料制成，并且
所述壳体主体与所述金属支撑结构一起通过嵌件注射成型来制备。
3.根据权利要求1所述的电气部件壳体，其中，所述壳体主体包括：底部，所述底部被构造成形成所述壳体主体的底表面；以及壁部，所述壁部被构造成沿着所述底部的周缘形成壁，并且
所述金属支撑结构被嵌入到所述底部和所述壁部中的至少一个的内部。
4.根据权利要求3所述的电气部件壳体，其中，所述金属支撑结构包括至少一个汇流条，
所述汇流条包括：端子部，所述端子部具有紧固孔；以及
连接部，所述连接部被构造成在所述端子部之间形成电流路径，并且
所述汇流条的所述端子部暴露于所述壳体主体的内部空间，并且所述汇流条的所述连接部嵌入所述底部和所述壁部中的至少一个的内部。
5.根据权利要求4所述的电气部件壳体，还包括：
端子支撑件，所述端子支撑件被设置到所述底部的拐角区域，并且具有盒状形状，
其中，所述汇流条的所述端子部中的一个端子部被设置在所述端子支撑件的上表面处，并且所述汇流条的所述端子部中的另一个端子部被设置成从所述底部直立。
6.根据权利要求4所述的电气部件壳体，其中，所述壳体主体具有通过切割所述底部的一部分而形成的多个散热孔，使得所述汇流条的所述连接部的至少一部分暴露在所述壳体主体之外。
7.根据权利要求3所述的电气部件壳体，其中，所述金属支撑结构包括：至少一个水平框架，所述至少一个水平框架被构造成在所述底部的水平方向上延伸；以及至少一个竖直框架，所述至少一个竖直框架被构造成在所述底部的竖直方向上延伸。
8.根据权利要求7所述的电气部件壳体，其中，所述壳体主体还包括凸缘部，所述凸缘部被构造成从所述底部突出到所述壁部之外，并且
所述竖直框架具有形成在所述竖直框架的端部处的衬套孔，使得螺栓穿过所述衬套孔，并且所述衬套孔位于所述凸缘部的内部。
9.一种电池模块，包括根据权利要求1至8中的任一项所述的电气部件壳体。
10.一种制造电池模块的电气部件壳体的方法，所述电气部件壳体容纳电气部件，所述方法包括：
壳体注射成型步骤：执行嵌件注射成型，使得金属支撑结构嵌入壳体主体中。
11.根据权利要求10所述的制造电气部件壳体的方法，其中，所述金属支撑结构包括至少一个汇流条，
所述汇流条包括：端子部，所述端子部具有紧固孔；以及
连接部，所述连接部被构造成在所述端子部之间形成电流路径，并且
所述汇流条的所述端子部暴露于所述壳体主体的内部空间，并且所述汇流条的所述连接部嵌入所述壳体主体的底部和壁部中的至少一个的内部。
12.根据权利要求10所述的制造电气部件壳体的方法，其中，所述金属支撑结构包括：至少一个水平框架，所述至少一个水平框架被构造成在所述底部的水平方向上延伸；以及至少一个竖直框架，所述至少一个竖直框架被构造成在所述底部的竖直方向上延伸。
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