CN114335865A - 具有高级电池断开单元的电池系统和包括其的电动车辆 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种电池系统(50)，该电池系统包括：高电压系统，HV系统，具有多个连接的可充电电池单元(10)；电池断开单元BDU(80)，包括载体板(81)、用于可切换地断开或闭合HV系统的HV线路(30)的BDU继电器(87)、以及适于控制BDU继电器(87)的BDU控制单元(86)，其中HV线路(30)至少部分地集成到载体板(81)中；以及液体冷却板(60)，其中液体冷却板(60)布置在载体板(81)的第一侧(81a)上。本发明还涉及一种包括本发明的电池系统(50)的车辆。

Description

具有高级电池断开单元的电池系统和包括其的电动车辆
技术领域
本发明涉及一种电池系统，其中该电池系统包括高级电池断开单元BDU，并且涉及一种包括这样的电池系统的电动车辆。
背景技术
近年来，已经使用电力作为运动源开发用于运输货物和人员的车辆。这样的电动车辆是由电动机驱动的汽车，使用储存在可再充电电池中的能量。电动车辆可以仅由电池供电，或者可以是通过例如汽油发电机供电的混合动力车辆的形式。此外，车辆可以包括电动机和传统内燃机的组合。一般来说，电动车辆电池EVB或牵引电池是用于为电池电动车辆BEV的推进提供电力的电池。电动车辆电池不同于启动电池、照明电池和点火电池，因为它们被设计为在持续的时间段内提供电力。可再充电电池或二次电池与一次电池的不同之处在于，它能够被反复地充电和放电，而后者仅提供化学能到电能的不可逆转变。低容量可再充电电池用作小型电子设备(诸如手机、笔记本电脑和摄像机)的电源，而高容量可再充电电池用作混合动力车辆等的电源。
通常，可再充电电池包括：电极组件，该电极组件包括正电极、负电极以及插设在正电极和负电极之间的隔板；容纳电极组件的壳体；以及电连接到电极组件的电极端子。电解质溶液被注入到壳体中以便能够通过正电极、负电极和电解质溶液的电化学反应对电池进行充电和放电。壳体的形状，例如圆柱形或矩形，取决于电池的预期用途。锂离子(和类似的锂聚合物)电池(因其在笔记本电脑和消费电子产品中的使用而广为人知)在最新开发的电动车辆中占据主导地位。
可再充电电池可以用作由串联和/或并联联接的多个单位电池单元形成的电池模块从而提供高能量密度，特别是用于混合动力车辆的电机驱动。也就是，电池模块通过根据所需电量互连所述多个单位电池单元的电极端子而形成，以便实现高功率可再充电电池。
电池模块能够以块设计或模块化设计来构造。在块设计中，每个电池联接到公共集电器结构和公共电池管理系统，并且其单元布置在壳体中。在模块化设计中，多个电池单元被连接以形成子模块，几个子模块被连接以形成电池模块。在汽车应用中，电池系统通常由串联连接的多个电池模块组成，用于提供期望的电压。其中，电池模块可以包括具有多个堆叠的电池单元的子模块，每个堆叠包括串联连接的并联电池单元(XpYs)或并联连接的多个串联电池单元(XsYp)。
电池包是一组任意数量(优选地，相同)的电池模块。它们可以串联、并联或两者的混合配置，以提供所需的电压、容量或功率密度。电池包的部件包括各个电池模块和互连，互连在电池模块之间提供导电性。
为了满足连接到电池系统的各种用电设备的动态功率需求，对电池功率输出和充电的静态控制是不够的。因此，需要在电池系统和用电设备的控制器之间的稳定的信息交换。这样的信息包括电池系统的实际充电状态、SoC、潜在电气性能、充电能力和内阻以及用电设备的实际或预测电力需求或剩余。因此，电池系统通常包括用于在系统层级获取和处理这样的信息的电池系统管理器BSM，并且还包括多个电池模块管理器BMM，它们是系统的电池模块的部分并在系统层级获取和处理相关信息。特别地，BSM通常测量系统电压、系统电流、系统壳体内的不同位置的局部温度、以及在带电部件和系统壳体之间的绝缘电阻。此外，BMM通常单独地测量单元电压和电池模块的温度。
在异常运行状态下，电池包通常应当与连接到电池包的端子的负载断开。因此，电池系统还包括电连接在电池模块和电池系统端子之间的电池断开单元BDU。因此，BDU是在电池包和车辆的电气系统之间的主要接口。BDU包括断开或闭合电池包和电气系统之间的高电流路径的机电开关。BDU向电池控制单元BCU提供反馈，并附带电池模块测量诸如电压和电流测量。BCU根据从BDU收到的反馈通过使用低电流路径来控制BDU中的开关。因此，BDU的主要功能可以包括控制电池包和电气系统之间的电流流动以及电流感测。BDU还可以管理附加的功能，像外部充电和预充电。
在电池的使用期间，BDU的部件被加热并释放热能，因此，BDU的部件需要被冷却。通常，BDU部件在电池包内部的封闭壳体或部分打开的壳体内被空气冷却。然而，这需要更长的汇流条以向诸如继电器和保险丝的电气部件提供足够的冷却表面。较长的汇流条需要汇流条的更宽的横截面，以保持尽可能低的电阻和损耗。此外，当实现用于快速充电的更高电流时，导致更多的功率损耗和BDU部件的内部发热，尤其在长且宽的汇流条的情况下。
因此，本发明的目的是克服或减少现有技术的缺点中的至少一些，并提供一种包括BDU及其部件的先进布局的电池系统，其允许以有效的方式改善BDU的部件的冷却。
发明内容
本公开的实施方式寻求减少或解决现有技术中存在的问题。具体地，提供一种用于车辆的电池系统，该电池系统包括具有多个连接的可再充电电池单元的高电压系统(HV系统)。优选地，多个连接的可再充电电池单元用作由串联和/或并联联接的多个电池单元形成的至少一个电池模块。进一步优选地，所述至少一个电池模块可以包括具有多个堆叠的可再充电电池单元的子模块。在本公开的上下文中，高电压HV是指足以推进电动车辆的动力驱动的电压，通常由用于电动车辆的电池系统提供。示例性地，高电压可以是48V、100V、300V或甚至更高。
根据本公开，电池系统还包括电池断开单元BDU，其包括载体板并包括：BDU继电器，用于可切换地断开或闭合HV系统的HV线路，其中HV线路被至少部分地集成到载体板中；以及BDU控制单元，其适于控制BDU继电器。
HV线路是多个连接的可充电电池单元的端子(或模块端子)和电池系统的端子之间的连接，其中后者配置为由外部负载(诸如，例如电机)接触。HV线路优选地包括多个汇流条。至少部分地，HV线路被集成到载体板中，其中载体板包括具有高熔点的非导电材料，特别地高于200℃的熔点，优选地高于300℃的熔点，进一步优选地高于350℃的熔点。优选地，该材料还具有足够的热导率，特别地高于0.1W/(m*K)的热导率，优选地高于1W/(m*K)的热导率，进一步优选地高于5W/(m*K)的热导率。特别优选地，该绝缘材料是塑料材料，并包括导热填充剂，诸如填充有陶瓷或玻璃的塑料材料。
BDU控制单元配置为基于控制信号来控制BDU中的继电器，该控制信号本身可以基于电池系统的测量或者可以从车辆控制单元接收(例如，在碰撞的情况下)。因此，BDU控制单元配置为在异常操作状态的情况下将多个电池单元与电池系统端子断开。换句话说，BDU配置为选择性地将电池单元/模块端子和电池系统端子之间的HV电路径设定为导电的或不导电的。
根据本公开，电池系统还包括液体冷却板，其中液体冷却板布置在载体板的第一侧上。载体板的第一侧可以是载体板的平坦侧，并且液体冷却板可以布置在第一侧上，使得液体冷却板的平坦侧接触第一侧。优选地，液体冷却板的平坦侧以导热的方式接触载体板的第一侧，使得液体冷却板冷却载体板并因此冷却HV线路的集成部分。集成到载体板中的HV线路的部分可以包括多个汇流条。
电池系统的液体冷却板有利地使得能够为HV线路使用小得多的汇流条，这降低了BDU的电阻和损耗。此外，由于HV线路至少部分地集成到载体板中，所以汇流条和液体冷却板之间的电气和物理绝缘被改善，并且由于冷却液体的泄漏而引起的电气故障的风险降低。此外，与现有技术的电池系统的典型BDU相比，本公开的电池系统具有减小的总体积和重量。这通过使用更小的汇流条而有利地实现，这本身通过使用更有效的冷却方法(即液体冷却板)来实现。通过更有效地冷却BDU，电池系统可以有利地用于更高负载的应用，例如快速充电。一般地，由于液体冷却板以高效的方式主动冷却BDU元件(例如汇流条)，所以更高的负载可以通过BDU向电池系统施加。
根据本公开的另一方面，液体冷却板包括配置为传导冷却液体的空腔。该空腔优选地为液体冷却板内的封闭空腔，其流体地连接液体冷却板的冷却剂入口和冷却剂出口。换句话说，经由冷却剂入口引入空腔中的冷却剂可以通过空腔朝向冷却剂出口流动，并可以经由冷却剂出口从空腔排出。
进一步优选地，液体冷却板适于使得载体板的第一侧形状配合在液体冷却板上。换句话说，液体冷却板的第一侧和载体板的第一侧成形为配合在一起。液体冷却板的空腔优选地为冷却液体形成至少一个(优选地，多个)流动通道。优选地，冷却液体可以是水。此外优选地，冷却液体可以是另一种合适的液体冷却介质。优选地，液体冷却板可以是电池系统的冷却系统的部分。此外优选地，液体冷却板可以是独立的。
根据电池系统的优选实施方式，电池系统还包括低电压系统(LV系统)，其具有比HV系统的工作电压低的工作电压，其中BDU控制单元与LV系统组装在一起。换句话说，BDU控制单元从LV系统接收其供电。示例性地，LV工作电压可以是12V或由电池系统和/或车辆的低电压系统使用的另一电压。优选地，LV系统还包括电池系统的电池系统管理器BSM和多个传感器。换句话说，电池系统的LV系统被设计为监控电池系统的状态，例如通过测量系统电压、系统电流和/或电池系统内的不同位置的局部温度，以处理测量的数据并基于处理的数据向电池部件发送信号。例如，在电池系统的异常运行状态的情况下，LV系统能够检测所测量数据中的异常并通过BDU控制单元向BDU继电器发送信号以断开HV线路。此外优选地，BSM配置为与外部控制单元(诸如车辆控制单元)通信，例如从外部控制单元接收断开请求信号，并响应于接收到的断开请求信号而发送断开信号以设定BDU继电器不导通。
根据另一优选的实施方式，BDU还包括高电压(HV)部件(包括例如BDU继电器)和低电压(LV)部件(包括例如BDU控制单元)。根据本发明，BDU的HV部件和LV部件布置在载体板的第二侧上，其中载体板的第二侧与载体板的第一侧相反。
优选地，BDU的HV部件和LV部件被集成和/或固定到载体板的第二侧。通过将BDU的HV和LV部件安装到载体板的第二侧，由于载体板的材料具有足够的导热性，部件也通过液体冷却板冷却。本发明对BDU的LV部件和特别地HV部件(诸如继电器)的冷却有利地导致BDU部件的寿命的提高。示例性地，HV部件和/或LV部件配置为表面安装器件SMD。
根据一优选的实施方式，HV线路包括多个汇流条，其中汇流条至少部分地集成到载体板中。汇流条是用于局部高电流功率分配的条或棒。优选地，所述多个汇流条由金属制成。特别优选地，汇流条包括压印网格铜。然而，汇流条也可以由铝或合适的合金形成。
在一特别优选的实施方式中，BDU的HV部件包括高电压印刷电路板HV-PCB，其设置在载体板的第二侧上，包括连接到HV线路的导电层，BDU的LV部件包括低电压印刷电路板LV-PCB，其中BDU的HV部件和LV部件设置在HV-PCB上。优选地，HV-PCB至少部分地集成到载体板中。可选地，优选地，HV-PCB包括第一侧和相反的第二侧，其中HV-PCB的第一侧设置在载体板的第二侧上，BDU的HV部件和LV部件设置在HV-PCB的第二侧上。换句话说，在可选的优选实施方式中，HV-PCB和载体板是两个不同的部件，它们布置在彼此之上但是没有被集成到彼此中。
HV-PCB优选地配置为替换现有技术中通常使用的HV线束。换句话说，HV-PCB以集成的方式提供HV线路(也至少部分地集成在载体板中)和BDU控制单元之间的电连接，例如用于执行测量。因此，本公开的BDU优选地是完全集成的HV部件，其用于在电池单元和系统端子之间传导HV并允许对HV线路进行测量。这样的测量访问有利地由至少一个导电层提供。
因此，本发明以有利的方式简化现有技术。通过使用HV-PCB代替HV线束，减少了零件的数量。此外，线束的移除有利地简化了组装过程，因为线束通常不适合自动化组装。
根据另一优选的实施方式，HV-PCB还包括预充电迹线电阻器，并且预充电迹线电阻器包括导电迹线。导电迹线也可以由HV-PCB的导电层形成。通过使用在PCB上的预充电迹线电阻器，本发明替代了一个或多个现成的预充电电阻器产品，因此进一步简化组装过程。换句话说，HV-PCB的导电层不仅可以提供对HV线路的测量访问，而且甚至可以形成执行电池模块的预充电所需的电子部件。HV-PCB还可以包括其它导电迹线，例如用于形成集成分流电阻器或分压器。
根据另一优选的实施方式，HV-PCB还包括分流器。在本公开的电池系统中，存在分流器的主动冷却，这有利地导致电流测量的提高的精度，因为分流器的温度可以使用主动冷却来调节，这最小化误差。
此外优选地，LV-PCB包括第一接触工具，HV-PCB包括第二接触工具，其配置为接收第一接触工具、用于在LV-PCB和HV-PCB之间建立数据连接。优选地，第二接触工具是某种插座，第一接触工具是相应类型的插头，该插头装配到插座中，反之亦然。换句话说，接触工具是PCB连接器的两个部分，诸如例如外围组件快速互连PCIe。在本公开的这个方面中，HV-PCB像高电压母板一样使用，LV-PCB优选地通过插头连接安装到HV-PCB，这有利地简化了组装过程和LV-PCB的最终替换。
根据本公开的另一方面，HV-PCB包括汇流条连接区域，其中每个汇流条连接区域暴露所述多个汇流条中的一个的一部分。汇流条连接区域可以形成为HV-PCB的开口，例如用于部分地暴露集成(嵌入)到载体板中的汇流条。有利地，配置为集成到HV线路中的BDU部件(像保险丝或继电器)可以通过施加到汇流条连接区域(即两个汇流条连接区域)而简单地连接在两个汇流条之间。因此，也在这方面中，HV-PCB像高电压母板一样使用，这有利地简化连接BDU部件(诸如继电器或保险丝)的汇流条的组装过程和最终替换，该BDU部件能够通过插头连接而安装到HV-PCB。优选地，汇流条连接区域暴露汇流条的一部分，汇流条的该部分被配置用于接收BDU部件的连接元件。
优选地，BDU部件包括至少一个高温保险丝(Pyrofuse)、至少一个继电器和/或熔化保险丝。高温保险丝是一种引爆式、快速动作的安全开关，它提供快速的电池隔离，也称为引爆式安全开关PSS。本发明有利地使用PSS来代替现有技术中使用的至少一个熔化安全开关。至少一个PSS、继电器和/或熔化保险丝优选地表面安装到HV-PCB。特别优选地，至少一个继电器和/或保险丝被表面安装到HV-PCB从而将两个汇流条连接区域彼此连接。汇流条是电池系统的HV线路的一部分，该HV线路将多个连接的可再充电电池单元的端子与电池系统端子连接。通过用至少一个继电器和/或保险丝连接两个汇流条连接区域，确保在电池系统的异常运行状态的情况下，HV线路以及因此在电池单元和电池系统端子之间的连接被断开。
根据另一优选的实施方式，HV-PCB还包括形成在载体板的第二侧上的连接第二接触工具和至少一个安装插座的多条数据线。优选地，至少一个安装插座配置为接收BDU的HV部件，诸如可切换的继电器等，其由BDU的LV部件(诸如BDU控制单元)控制。数据线可以因此在例如形成在连接到第二接触工具的LV-PCB上的BDU控制单元和连接到安装插座的HV BDU部件之间提供电连接。进一步优选地，安装插座邻近至少一个汇流条连接区域设置，例如以便允许继电器连接到数据线以用于接收开关信号以及连接到用于设定其导电性的HV线路。
进一步优选地，至少一个传感器可以安装到HV-PCB的安装插座。因此，通过其第一接触工具连接到第二接触工具的LV-PCB能够经由相应的安装插座和数据线从至少一个传感器接收数据如电流、电压或温度数据。利用接收到的数据，连接的LV-PCB能够监控BDU的状态，特别是连接到安装插座的BDU部件的状态。
在本公开的特别优选的实施方式中，BDU还包括导热且电隔离的界面材料层，该界面材料层布置在液体冷却板和载体板之间和/或在载体板和HV-PCB之间。导热且电绝缘的热界面材料层TIM具有高的热导率但低的电导率。当在具有低电导率的绝缘体中可以出现这种情况，声子的原子振动非常有效地传输热量。这是因为热量由声子和电子两者携带，而高电导率需要自由电子。优选地，TIM具有高于0.1W/(m*K)的热导率，优选地高于0.5W/(m*K)的热导率，进一步优选地高于1W/(m*K)的热导率。像氮化硼和碳化硅的多晶型物、氮化铝或夹在两个铜层之间的氮化铝层一样的材料可以用作TIM。然而，本领域技术人员可以使用能够用作TIM的其它材料。
根据本公开的另一方面，提供一种包括如上限定的本公开的电池模块的车辆。车辆的优选实施方式对应于同样如上所述的电池模块的优选实施方式。
本公开的其它方面可以从从属权利要求或附图的以下描述获知。
附图说明
通过参照附图详细描述示范性实施方式，特征将对于本领域普通技术人员来说变得明显，附图中：
图1示出根据一实施方式的电池单元的透视图；
图2示出传统电池模块的透视图；
图3示出根据一实施方式的电池系统的示意性俯视图；
图4a示出根据一实施方式的BDU的透视图；以及
图4b示出根据一实施方式的图4a所示的BDU的俯视图。
具体实施方式
现在将详细参考实施方式，其示例在附图中示出。将参照附图描述示范性实施方式的效果和特征及其实现方法。在附图中，相同的附图标记表示相同的元件，并且省略多余的描述。如这里所用的，术语“和/或”包括一个或更多个相关列出项目的任何和所有组合。此外，当描述本发明的实施方式时，“可以”的使用是指“本发明的一个或更多个实施方式”。
将理解，尽管术语“第一”和“第二”用于描述各种元件，但是这些元件不应受到这些术语的限制。这些术语仅用于将一个元件与另一元件区别开。例如，第一元件可以被命名为第二元件，并且类似地，第二元件可以被命名为第一元件，而没有脱离本发明的范围。
在本发明的实施方式的以下描述中，单数形式的术语可以包括复数形式，除非上下文另有明确指示。
还将理解，术语“包括”、“包含”、“包括...的”或“包含...的”指定属性、区域、固定数量、步骤、过程、元件、部件及其组合，但是不排除其它属性、区域、固定数量、步骤、过程、元件、部件及其组合。
还将理解，当一膜、区域或元件被称为在另一膜、区域或元件“之上”或“上”时，它可以直接在该另一膜、区域或元件上，或者还可以存在居间的膜、区域或元件。
这里，术语“上”和“下”根据z轴定义。例如，上盖位于z轴的上部，而下盖位于其下部。在附图中，为了清楚起见，元件的尺寸可能被放大。例如，在附图中，为了说明的目的，每个元件的尺寸或厚度可以被任意示出，因此本发明的实施方式不应被解释为限于此。
如这里所用的，术语“基本上”、“约”和类似术语被用作近似术语，而不是程度术语，并且旨在说明本领域普通技术人员将认识到的在测量或计算值中的固有偏差。此外，如果术语“基本上”与可使用数值表示的特征结合使用，则术语“基本上”表示以该值为中心的该值的+/-5％的范围。此外，当描述本发明的实施方式时“可以”的使用是指“本发明的一个或更多个实施方式”。
根据这里描述的本发明的实施方式的电子或电气装置和/或任何其它相关装置或部件可以利用任何合适的硬件、固件(例如专用集成电路)、软件、或软件、固件和硬件的组合来实现。例如，这些装置的各种部件可以形成在一个集成电路(IC)芯片上或在分开的IC芯片上。此外，这些装置的各种部件可以在柔性印刷电路膜、带载体封装(TCP)、印刷电路板(PCB)上实现，或者形成在一个基板上。此外，这些装置的各种部件可以是在一个或更多个计算装置中在一个或更多个处理器上运行、执行计算机程序指令并与其它系统部件交互以执行这里描述的各种功能的进程或线程。计算机程序指令存储在存储器中，该存储器可以使用标准存储器件(诸如，例如随机存取存储器(RAM)在计算装置中实现。计算机程序指令也可以存储在其它非暂时性计算机可读介质(诸如，例如光盘、闪存驱动器等)中。此外，本领域技术人员应当认识到，各种计算装置的功能可以被组合或集成到单个计算装置中，或者特定计算装置的功能可以分配在一个或更多个其它计算装置上，而没有脱离本发明的示范性实施方式的范围。
除非另外地限定，否则这里使用的所有术语(包括技术术语和科学术语)都具有与本发明所属的领域内的普通技术人员通常理解的含义相同的含义。还将理解，术语(诸如在常用词典中定义的那些术语)应当被解释为具有与它们在相关领域和/或本说明书的上下文中的含义一致的含义，而不应以理想化或过于正式的意义来解释，除非这里明确地如此限定。
图1是示出根据一示范性实施方式的电池单元的透视图。
如图1所示，根据一实施方式的电池单元10可以包括电极组件和用于容纳电极组件的壳体2，壳体2容纳电解质。电解质可以包括锂盐(诸如LiPF6或LiBF4)以及有机溶剂(诸如EC、PC、DEC或EMC)。电解质可以处于液体、固体或凝胶状态。电池单元10还可以包括用于密封壳体2的开口的盖组件3。电池单元10将被描述为配置为具有棱柱形状的锂离子二次电池的非限制性示例。
壳体2可以配置为具有基本上长方体形状以形成用于容纳电极组件的空间，并且开口可以形成在壳体2的一侧。壳体2可以由金属形成，诸如铝。盖组件3可以包括用于通过接合到壳体2来覆盖壳体2的开口的盖板4，并且可以包括正端子11(第一端子)和负端子12(第二端子)，它们从盖板4向外突出以分别电连接到正电极和负电极。盖板4可以包括与盖组件3的内部连通的注入孔13和通风孔14。注入孔13可以配置为允许电解质的注入，并且密封帽可以安装在其上或其中。此外，包括凹口15的通风构件16可以安装到通风孔14上或通风孔14中，该凹口15可以由于预定压力而打开。
参照图2，电池模块20的示范性实施方式包括在一个方向上排列的多个电池单元10(例如如图1所示)和邻近所述多个电池单元10的底表面提供的热交换构件23。此外，由橡胶或其它弹性材料制成的弹性构件24可以插设在支撑板25和热交换构件23之间。一对端板26被提供为在电池单元10的外侧面对电池单元10的宽表面，并且连接板27配置为将一对端板26彼此连接，从而将所述多个电池单元10固定在一起。在电池模块20的两侧的紧固部分28通过螺栓29紧固到支撑板25。
在电池模块20中，每个电池单元10是棱柱形(或矩形)单元，单元10的宽且平坦的表面堆叠在一起以形成电池模块20。相邻的电池单元10的正电极端子11和负电极端子12通过电池模块汇流条18电连接，并且汇流条18可以通过螺母等固定。因此，通过将所述多个电池单元10电连接成一束，电池模块20可以用作电源单元。
图3是示出根据一实施方式的电池系统50的俯视图。
应注意，图3旨在提供对本公开的电池系统50的更好的理解，尤其是电池系统50的电池模块20和BDU(电池断开单元)80之间的电连接。电池系统50可以在电动车辆中使用，因此电池系统50可以仅具有单个层级。
电池系统50包括电池模块20。如图3所示，电池模块20包括十个对齐的电池单元10，这些电池单元10在堆叠方向上堆叠，使它们的宽侧表面彼此面对。所述多个电池单元10通过模块端子21和22(即第一模块端子21和第二模块端子22)之间的相应汇流条18互连。
电池系统50还包括BDU(电池断开单元)80，其包括载体板81，载体板81下方有液体冷却板60。此外，BDU 80包括BDU元件。BDU元件包括BDU控制单元86、两个BDU继电器87(即第一BDU继电器87a和第二BDU继电器87b)、两个BDU保险丝88(即第一BDU保险丝88a和第二BDU保险丝88b)以及多个BDU汇流条31(即第一BDU汇流条31a和第二汇流条31b)。BDU控制单元86配置为控制BDU继电器87a和87b，特别是设定BDU继电器87a和87b的电导率。BDU控制单元86还配置为控制BDU保险丝88a和88b，特别是监控BDU保险丝88a和88b的状态。特别地，BDU控制单元86配置为接收指示电池系统50的故障和/或指示需要将至少一个电池模块20与负载断开的信号，并且响应于接收到这样的信号，配置为控制另外的BDU元件(诸如BDU继电器87a和87b以及BDU保险丝88a和88b)，以将至少一个电池模块20与相应的系统端子(以及因此下游负载)断开。作为BDU的部分的这样的部件的功能是技术人员已知的。此外，将理解，所呈现的BDU元件不限于BDU继电器和BDU保险丝的数量，因为本领域技术人员可以使用任何其它数量的BDU继电器和BDU保险丝，例如仅一个BDU保险丝而不是两个。
电池模块20的第一模块端子21经由HV线路的第一HV线路30a连接到电池系统50的第一(正)电池系统端子51，该第一HV线路30a包括第一高电流电缆30c和第一BDU汇流条31a、第一BDU继电器87a和第一BDU保险丝88a。电池模块20的第二模块端子22经由HV线路的第二HV线路30b连接到电池系统50的第二(负)电池系统端子52，该第二HV线路30b包括第二高电流电缆30d和第二BDU汇流条31b、第二BDU继电器87b和第二BDU保险丝88b。高电流路径由HV线路30(包括BDU汇流条31a、31b)和电池模块汇流条18形成，并且在图3中用粗线表示。HV线路30和BDU汇流条31a、31b分别将电池系统50的电池模块20的模块端子21、22与系统端子51、52连接，其中这些连接分别经由BDU继电器87a和87b以及BDU保险丝88a和88b提供。
电池系统50还可以包括位于电池系统50的壳体70内的电池系统管理器BSM 77，如图3所示。BSM 77配置为监控整个电池系统50，例如通过测量系统电压、系统电流、壳体70内的不同位置的局部温度以及带电部件和壳体70之间的绝缘电阻。BSM 77可以确定电池系统50中的异常状况的存在，并执行或控制以执行与所确定的异常状况相关联的至少一种对策，诸如例如向车辆的驾驶员发送警告信号。特别地，BSM 77向BDU控制单元86发送断开信号DS，该BDU控制单元86响应于接收到断开信号DS而控制BDU元件(即BDU继电器87和BDU保险丝88)以分别从模块端子21、22断开系统端子51、52。特别地，BDU控制单元86控制BDU继电器87的导电状态为不导电，将从模块端子21、22到系统端子51、52的电流路径分开。然而，如果BDU继电器87中的一个或更多个发生故障，BDU控制单元86能够检测BDU保险丝88中的一个是否响应于电池模块20的任何最终过电流而熔断，并且如果BDU保险丝88中的一个或两个熔断，则检测到电池系统50达到安全状态。通常，BDU控制单元86本身可以配置为确定电池断开单元80中的异常状况的存在，并执行或控制以执行与所确定的异常状况相关联的至少一种对策。用于发送和接收上述信号所需的在BSM 77和BDU控制单元86之间以及在BDU控制单元86与BDU继电器87a、87b和BDU保险丝88a、88b之间的LV线路在图3中用细线示出以示出HV线路和LV线路之间的区别。
图4a和图4b两者示出根据本发明的一实施方式的BDU 80。图4a示出BDU 80的透视图，而图4b示出BDU 80的俯视图。
液体冷却板60布置在载体板81的第一侧81a上。电绝缘的热界面材料层89(TIM)布置在载体板81和液体冷却板60之间。HV-PCB 85布置在载体板81的与载体板81的第一侧81a相反的第二侧81b上。BDU部件中的一些像汇流条31一样被至少部分地集成到载体板81中，因此在图4中仅被部分地示出。HV-PCB 85包括连接到HV线路30的导电层。分流器83和预充电迹线电阻器84都是HV-PCB 85的部分。HV-PCB 85还包括第二接触工具43b，其配置用于接收LV-PCB 40的第一接触工具43a。接触工具43a、43b都被示出为PCB连接器43的部分。BDU汇流条31被部分地集成在载体板81中，每个汇流条的一部分被暴露，并形成汇流条连接区域82。
另外的BDU元件布置在HV-PCB 85的第二侧85b上，并且HV-PCB 85布置在载体板81的第二侧81b上，使得HV-PCB 85的第一侧85a设置在载体板81的第二侧81b上，其中HV-PCB85的第一侧85a与HV-PCB 85的第二侧85b相反。
HV BDU元件中的一些(像BDU继电器87和BDU保险丝88a、88b、88c)安装到安装插座82a上，安装插座82a设置在汇流条连接区域82附近，分别在两个BDU汇流条之间建立连接，并为HV BDU部件的测量的传感器数据建立到LV-PCB 40的数据连接。图4所示的本发明的优选实施方式包括三个BDU保险丝88a、88b、88c，它们的每个连接BDU汇流条中的两个。BDU保险丝88c可以是高温保险丝，BDU保险丝88a和88b可以是熔化型保险丝。
BDU 80的LV部件安装在LV-PCB 40上，LV-PCB 40经由PCB连接器43连接到HV-PCB85。LV-PCB包括BDU 80的低压电子器件42和BDU控制单元86的CPU 41。BDU 80的安装在LV-PCB 40上的LV部件包括BDU控制单元86和相应的线路，如图3所示。
液体冷却板60形状配合在载体板81的第一侧81a上。它包括冷却入口61和冷却出口62。冷却液体流过液体冷却板60的空腔，优选地流过液体冷却板60内部的多个流动通道，从冷却入口61到冷却出口62，冷却具有集成的汇流条31a、31b的载体板81和HV-PCB 85。这导致液体冷却板60的冷侧60a在冷却入口61侧并且液体冷却板60的热侧60b在冷却出口62侧。
汇流条31a、31b是导电且导热的，因此汇流条31a、31b提供与安装在载体板81的第二侧81b上的BDU部件的热接触，使得BDU部件在电池系统50运行时释放热能并通过传导将释放的热能传递到汇流条31a、31b。
由于这种布置，安装在载体板81的第二侧81b上的BDU部件被同等地冷却，尤其是像BDU继电器87一样的HV部件。根据电动车辆中的电池系统50的要求，电流流过BDU继电器87。BDU继电器87具有内阻，由此产生热量。因此，在电池系统50的运行期间，特别是BDU继电器87释放热能，结果电池系统50的温度升高。这将对电池系统50的整体性能产生不利影响。因此，需要通过冷却来传递所释放的热量。
图4所示的本发明的优选实施方式是有利的，因为它能够有效地制造BDU 80，其也包括BDU 80的紧凑结构。当BDU部件中的一些(例如BDU保险丝88a、88b、88c)需要更换时，优选的实施方式尤其有利，因为它可以容易地与汇流条连接区域断开并更换。此外，由于PCB连接器43，使得LV-PCB可以容易地更换，例如在更新的情况下。
参考符号
2 电池壳体
3 盖组件
4 盖板
10 电池单元
11 正端子
12 负端子
13 注入孔
14 通风孔
15 凹口
16 通风构件
18 电池模块汇流条
20 电池模块
21 第一模块端子
22 第二模块端子
23 热交换构件
24 弹性构件
25 支撑构件
26 端板
27 连接板
28 紧固部分
29 螺栓
30 HV线路
30a 第一HV线路
30b 第二HV线路
30c 第一高电流电缆
30d 第二高电流电缆
31 BDU汇流条
31a 第一BDU汇流条
31b 第二BDU汇流条
40 LV-PCB
41 CPU
42 LV BDU电子器件
43 PCB连接器
43a 第一接触工具
43b 第二接触工具
50 电池系统
51 电池系统端子
52 电池系统端子
60 液体冷却板
60 液体冷却板(冷侧)
60 液体冷却板(热侧)
61 冷却入口
62 冷却出口
70 壳体
77 BSM
80 BDU
81 载体板
81a 载体板的第一侧
82 汇流条连接区域
83 分流器
84 预充电迹线电阻器
85 HV-PCB
85b HV-PCB的第二侧
86 BDU控制单元
87 BDU继电器
87a 第一BDU继电器
87b 第二BDU继电器
88 BDU保险丝
88a 第一BDU保险丝
88b 第二BDU保险丝
88c 高温保险丝
89 TIM。

Claims (15)

1.一种电池系统(50)，包括：
高电压系统，具有多个连接的可再充电电池单元(10)；
电池断开单元(80)，包括：载体板(81)；电池断开单元继电器(87)，用于可切换地断开或闭合所述高电压系统的高电压线路(30)，其中所述高电压线路(30)至少部分地集成到所述载体板(81)中；以及电池断开单元控制单元(86)，适于控制所述电池断开单元继电器(87)；以及
液体冷却板(60)，其中所述液体冷却板(60)布置在所述载体板(81)的第一侧(81a)上。
2.根据权利要求1所述的电池系统(50)，其中所述液体冷却板(60)包括配置为传导冷却液体的空腔，并且其中所述液体冷却板适于使得所述载体板(81)的所述第一侧(81a)形状配合在所述液体冷却板(60)上。
3.根据权利要求1所述的电池系统(50)，还包括低电压系统，具有比所述高电压系统的工作电压低的工作电压，其中所述电池断开单元控制单元(86)与所述低电压系统组装在一起。
4.根据权利要求1所述的电池系统(50)，其中所述电池断开单元(80)还包括包含所述电池断开单元继电器(87)的高电压部件以及包含所述电池断开单元控制单元(86)的低电压部件，并且其中所述电池断开单元(80)的所述高电压部件和所述低电压部件布置在所述载体板(81)的第二侧上，其中所述载体板(81)的所述第二侧与所述载体板(81)的所述第一侧(81a)相反。
5.根据权利要求1所述的电池系统(50)，其中所述高电压线路(30)包括至少部分地集成到所述载体板(81)中的多个汇流条(31a，31b)。
6.根据权利要求4所述的电池系统(50)，其中所述电池断开单元(80)的所述高电压部件包括设置在所述载体板(81)的所述第二侧上的高电压印刷电路板(85)，所述高电压印刷电路板包括连接到所述高电压线路(30)的导电层，并且所述电池断开单元(80)的所述低电压部件包括低电压印刷电路板(40)，其中所述电池断开单元(80)的所述高电压部件和所述低电压部件设置在所述高电压印刷电路板(85)上。
7.根据权利要求6所述的电池系统(50)，其中所述高电压印刷电路板(85)包括预充电迹线电阻器(84)，并且其中所述预充电迹线电阻器(84)包括导电迹线。
8.根据权利要求6所述的电池系统(50)，其中所述高电压印刷电路板(85)还包括分流器(83)。
9.根据权利要求6所述的电池系统(50)，其中所述低电压印刷电路板(40)包括第一接触工具(43a)，并且其中所述高电压印刷电路板(85)包括第二接触工具(43b)，所述第二接触工具配置为接收所述第一接触工具(43a)，用于在所述低电压印刷电路板(40)和所述高电压印刷电路板(85)之间建立数据连接。
10.根据权利要求6所述的电池系统(50)，其中所述高电压印刷电路板(85)包括汇流条连接区域(82)，每个汇流条连接区域(82)暴露所述多个汇流条(31a、31b)之一的一部分。
11.根据权利要求10所述的电池系统(50)，其中所述电池断开单元部件包括至少一个高温保险丝(88c)、至少一个继电器(87)和/或至少一个熔化保险丝(88a、88b)。
12.根据权利要求11所述的电池系统(50)，其中至少一个继电器(87)和/或保险丝(88)将两个汇流条连接区域(82)彼此连接。
13.根据权利要求9所述的电池系统(50)，其中所述高电压印刷电路板(85)还包括连接所述第二接触工具(43b)和形成在所述载体板的所述第二侧上的至少一个安装插座(82a)的多条数据线。
14.根据权利要求1所述的电池系统(50)，其中所述电池断开单元(80)包括导热且电隔离的界面材料层(89)，所述界面材料层布置在所述液体冷却板(60)与所述载体板(81)之间和/或在所述载体板(81)与所述高电压印刷电路板(85)之间。
15.一种电动车辆，包括根据前述权利要求中的任一项所述的电池系统(50)。
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