CN117276822A - 信号采集组件及安装方法、电池模组和电池包 - Google Patents
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Abstract
本申请涉及新能源技术领域,尤其涉及一种信号采集组件及安装方法、电池模组和电池包。信号采集组件包括:导电片,用于电性连接到所述电池单体的电极端子、并与所述电池单体导热性地耦合;PCB板,与所述导电片层叠地固定,并具有:与所述导电片导热性地耦合的第一表面,在所述PCB板的厚度方向上与所述第一表面相背的第二表面,设于所述第二表面上的第一焊盘、第二焊盘和第三焊盘,将所述第一焊盘电性地连接到所述导电片的导电电路;其中,所述导电电路包括导电过孔,所述第一焊盘用于焊接电压采集线,所述第二焊盘和所述第三焊盘用于焊接温度采集线。
Description
技术领域
本申请涉及新能源技术领域,尤其涉及一种信号采集组件及安装方法、电池模组和电池包。
背景技术
为了监控电池PACK模组中电池单体的工作电压和工作温度,需要在电池模组上安装电压采集组件和温度采集组件。
相关技术提出的一种温度及电压采集结构,其温度采集组件包括由温度采样镍片包裹的水滴型温度传感器,电压采集组件包括与独立于温度采样镍片的电压采样镍片,温度采样镍片和电压采样镍片分别焊接到电池模组的导电排上,温度采集与电压采集相互独立。这样,仅监控一个电池单体就需要配置两个采样镍片,而且这种方式至少存在如下缺点:
1.实现所有电池单体温度全采集的成本较高。
2.电池的温度需经过采样镍片的二次传导而过渡至温度传感器,热量在传递过程中容易出现热量损失,传导速度慢,测量偏差大。
3.双采样镍片占用导电排的空间位置大,对于电池导电排的表面积有一定要求。
4.不能容易地检验信号采集电路的连接质量,尤其是采样镍片与导电排的焊接质量。
发明内容
有鉴于此,为了解决上述技术问题中的至少之一,提出一种信号采集组件及安装方法、电池模组和电池包。
第一方面,本申请提出了一种信号采集组件,用于采集电池模组中电池单体的电压和温度,所述信号采集组件包括:
导电片,其用于电性连接到所述电池单体的电极端子、并与所述电池单体导热性地耦合;
PCB板,其与所述导电片层叠地固定,并具有:与所述导电片导热性地耦合的第一表面,在所述PCB板的厚度方向上与所述第一表面相背的第二表面,设于所述第二表面上的第一焊盘、第二焊盘和第三焊盘,将所述第一焊盘电性地连接到所述导电片的导电电路;其中,所述导电电路包括导电过孔,所述第一焊盘用于焊接电压采集线,所述第二焊盘和所述第三焊盘用于焊接温度采集线。
在一些可能的实施方式中,所述导电片用于焊接到与所述电池单体的电极端子电性连接的导电排上。
在一些可能的实施方式中,所述PCB板具有从所述第一表面贯通至所述第二表面的镂空部,所述导电片在所述镂空部处与所述导电排焊接。
在一些可能的实施方式中,所述镂空部为周向封闭的孔,或者,所述镂空部为从所述PCB板的外缘向内延伸的缺口。
在一些可能的实施方式中,所述导电片具有在远离所述PCB板的方向上凸出的卡凸,所述导电排具有供所述卡凸卡入的卡槽。
在一些可能的实施方式中,所述卡凸设置在所述镂空部处,且所述卡凸限定朝向所述镂空部开口的背槽;
所述信号采集组件还包括固定到所述PCB板上的壳体,所述壳体具有插入所述背槽中的凸起部,其中,所述凸起部与所述背槽过盈配合,使得所述卡凸产生挤压所述卡槽的扩张变形。
在一些可能的实施方式中,所述壳体以面向所述PCB板的所述第二表面而朝所述PCB板运动的方式,卡合安装到所述PCB板上;
优选地,所述壳体具有开口部,所述开口部的内周缘包围并抵持所述PCB板的周周缘;
优选地,所述第一表面的一部分与所述导电排贴靠接触,所述导电片具有使所述第一表面的所述一部分朝所述导电排按压的弹性力。
第二方面,本申请提出了一种电池模组,包括:
电池单体,其具有电极端子;
导电排,其焊接到所述电极端子;
其特征在于,所述电池模组还包括如第一方面所述的信号采集组件,所述导电片以焊接到所述导电排的方式电性连接到所述电极端子。
第三方面,本申请提出了一种电池包,包括:
如第二方面所述的电池模组;
电池箱,收容所述电池模组;
电池管理系统BMS;
电压采集线,所述电压采集线的一端焊接到所述第一焊盘,另一端连接到所述BMS电池管理系统;
两根温度采集线,所述两根温度采集线的一端分别焊接到所述第二焊盘和所述第三焊盘,另一端连接到所述电池管理系统BMS。
第四方面,本申请提出了一种将如第一方面所述的信号采集组件安装到电池模组的方法,所述电池模组包括具有电极端子的电池单体和具有卡槽的导电排,所述导电排电性连接所述电极端子并与所述电池单体导热接触,所述方法包括:
将所述卡凸插入所述卡槽;
在所述镂空部处,将所述导电片与所述导电排焊接。
根据本申请提供的信号采集组件,包括:导电片,用于焊接到与电池单体的电极端子电性连接的导电排上、并与所述电池单体导热性地耦合;PCB板,层叠地固定在所述导电片上,并具有:与所述导电片导热性地耦合的第一表面,在所述PCB板的厚度方向上与所述第一表面相背的第二表面,从所述第一表面贯通至所述第二表面的镂空部,设于所述第二表面上的第一焊盘、第二焊盘和第三焊盘,将所述第一焊盘电性地连接到所述导电片的导电电路;其中,所述导电电路包括导电过孔,所述第一焊盘用于焊接电压采集线,所述第二焊盘和所述第三焊盘用于焊接温度采集线,所述导电片在所述镂空部处与所述导电排焊接。以此方式,能够容易地将该信号采集组件的导电片焊接到导电排上,并且在装配完成后,导电片可采集电池单体的电压信号并将该电压信号传递给用于连接电压采集线的第一焊盘,温度传感器可以从与导电片层叠的PCB板获取热量,由此获取电池单体的当前温度。
附图说明
为了更清楚地说明本申请实施例的技术方案,下面将对实施例的附图作简单地介绍,显而易见地,下面描述中的附图仅仅涉及本申请的一些实施例,而非对本申请的限制。
图1是本申请一实施例提供的电池模组的局部剖面示意图。
图2是图1中信号采集组件安装到电池模组之前的剖面结构示意图。
图3是图1中信号采集组件的立体结构示意图。
图4是本申请另一实施例提供的电池模组的局部剖面示意图。
图5是图4中信号采集组件安装到电池模组之前的剖面结构示意图。
图6是图4中信号采集组件的立体结构示意图。
图7是本申请另一实施例提供的信号采集组件的剖面示意图。
附图标记说明:
1-导电片,11-卡凸,12-背槽;
2-PCB板,2A-第一表面,2B-第二表面,2C-镂空部,2D-沉槽,21-第一焊盘,22-第二焊盘,23-第三焊盘,24、25、26-导电迹线,26-导电过孔,27-第五焊盘;
3-温度传感器;
4-保险丝;
5-导电排,51-卡槽;
6-电池单体,61-电极端子;
7-壳体,71-凸起部,72-开口部;
8-无线通讯模块。
具体实施方式
为使本申请的目的、技术方案和优点更加清楚,下面将结合本申请实施例的附图,对本申请实施例的技术方案进行清楚、完整地描述。显然,所描述的实施例是本申请的一部分实施例,而不是全部的实施例。基于所描述的本申请的实施例,本领域普通技术人员在无需创造性劳动的前提下所获得的所有其它实施例,都属于本申请保护的范围。可以理解,在不冲突的情况下,本文所描述的各个实施例的一些技术手段可相互替换或结合。
在本申请的描述中,若存在术语“第一”、“第二”等,仅用于区分所描述的对象,不具有任何顺序或技术含义。由此,限定有“第一”、“第二”等的对象可以明示或者隐含地包括一个或者多个该对象。并且,“一个”或者“一”等类似词语,不表示数量限制,而是表示存在至少一个,“多个”表示不少于两个。
在本说明书的描述中,参考“一个实施例”或“一些实施例”等意味着在本申请的一个或多个实施例中包括结合该实施例描述的特定特征、结构或特点。由此,在本说明书中的不同之处出现的语句“在一个实施例中”、“在一些实施例中”、“在其他一些实施例中”、“在另外一些实施例中”等不是必然都参考相同的实施例,而是意味着“一个或多个但不是所有的实施例”,除非是以其他方式另外特别强调。
图1为本申请一实施例提供的电池模组的局部剖面示意图,图2为图1中电池模组的分解示意图。该电池模组包括电池单体6、导电排5和信号采集组件。其中,电池单体6具有电极端子61,导电排5以焊接到电极端子61的方式与电极单体电性连接,并且基于导电排5与电极端子61的焊接,使得导电排5还与电池单体6更详细地讲是电极端子61导热性地耦合。
在另一些实施例中,导电排5不仅与电池单体6的电极端子61以上述方式导热性地耦合接触,而且还与电池单体6的外壳贴靠接触,以期热量能够在电池单体6与导电排5之间更快速地传递。
导电排5可以是铝排或铜排。
图3是图1中信号采集组件的结构示意图。该信号采集组件用于采集电池单体6的电压和温度,其包括导电片1、PCB板2(Printed Circuit Board,印制电路板)和温度传感器3。
导电片1可以是镍片,其具备优良的可焊接性、导电性和导热性。请一并参见图1至图3,在实施中,该导电片1可以焊接到导电排5,从而经由导电排5间接实现导电片1与电池单体6的电性连接及导热性地耦合。这样,导电片1一方面可以从电池的电极端子61采集电压信号,另一方面可以从电池单体6的获取热量并经由PCB板2传递给温度传感器3(后文对此有更详细的描述)。
PCB板2层叠地固定在导电片1上,且PCB板2具有:面向导电片1并与导电片1导热性地耦合的第一表面2A,在该PCB板2的厚度方向上与第一表面2A相背的第二表面2B,设于第二表面2B上的第一焊盘21、第二焊盘22和第三焊盘23,从将第一焊盘21电性地连接到导电片1的导电电路。其中,导电电路包括导电过孔26,第一焊盘21用于焊接电压采集线,第二焊盘22和第三焊盘23用于焊接温度采集线。
导电片1与PCB板2焊接。更具体地,前述导电电路还包括省略图示的第四焊盘、第五焊盘27和保险丝4。其中,第四焊盘设置在PCB板2的第一表面2A,第五焊盘27和保险丝4设置在PCB板2的第二表面2B,且第四焊盘与第五焊盘27沿PCB板2的厚度方向相对设置。导电片1与第四焊盘焊接,前述导电过孔26在PCB板2的厚度方向上将第四焊盘与第五焊盘27电性连接。保险丝4的一端焊接到第五焊盘27,另一端经由导电迹线24连接到第一焊盘21。导电片1与PCB板2焊接。
保险丝4可以是自恢复保险丝4,也可以是熔断保险丝4。在实施中,包含该保险丝4的电压采集电路还可以用来对电池进行电压均衡处理,例如,可以通过向目标电池单体6充电或放电而得到期望的电池电压,这时会产生流过该保险丝4(以及第一焊盘21和导电片1片)的电流,当该电流过大时,保险丝4产生动作而形成过载保护。
温度传感器3导热性地安装在PCB板2上,具体而言,温度传感器3以贴靠设置在PCB板2的第二表面2B的方式与PCB板2导热连接。此外,该温度传感器3经由导电迹线25和导电迹线26电性地串联在第二焊盘22和第三焊盘23之间。
温度传感器3可以是NTC热敏电阻,工作时,NTC热敏电阻基于其所处环境的温度而具有对应的阻值,电池管理系统BMS可以经由焊接到第二焊盘22和第三焊盘23的温度采集线获取NTC热敏电阻的当前阻值,并基于当前阻值确定出NTC热敏电阻并由此确定出电池单体6的当前温度。
PCB板2为大体的矩形,其宽度不超过1.5cm,长度不超过2.0cm。并且,导电片1具有与PCB板2相同构型的外轮廓,二者的外缘边平齐设置。
PCB板2还具有从第一表面2A贯通至第二表面2B的镂空部2C,导电片1具体是在该镂空部2C处与导电排5焊接的。以此方式,能够容易地将导电片1焊接到导电排5上。
在面向PCB板2观察时,PCB板2的几何中心和导电片1的几何中心均落入镂空部2C内。其结果是,至少可以在PCB板2及导电片1的几何中心位置,将导电片1与导电排5焊接,以使得导电片1的各处能够相对平衡地与导电排5贴合,并由此带来的良好导热性和导电性。
在图1至图3所示的实施例中,镂空部2C为周向封闭的孔。而在另一些实施例中,镂空部2C为从PCB板2的外缘向内延伸的缺口。
另外,导电片1具有在远离PCB板2的方向上凸出的卡凸11,而导电排5在对应部位具有卡槽51,卡凸11卡入卡槽51中。这样,在将信号采集组件装配到导电排5的过程中,可以先将导电片1的卡凸11卡入导电排5的卡槽51,再对导电片1与导电排5进行焊接。其结果是,一方面,可以借助卡凸11与卡槽51的卡合快速找准并定位导电片1在导电排5上的预焊接位置,并防止后序对导电片1与导电排5进行焊接作业时导电片1从导电排5意外脱离,再一方面,卡凸11与卡槽51的卡合还有助于增加导电片1与导电排5的导电面积,进而减小导电片1与导电排5的连接电阻,特别是在卡凸11的表面与卡槽51的槽壁面彼此大面积地弹性抵接的情况下。
在图1至图3所示的实施例中,卡凸11设置在镂空部2C的外周侧,且处于与PCB板2的实体结构重叠的位置。并且,卡槽51是在导电排5的厚度方向上贯通导电排5的通槽(或称通孔),该通槽与电池单体6的电极端子61相对,导电片1的卡凸11经由该通槽与电极端子61抵接。这样,导电片1的卡凸11与电极端子61直接地电性且导热性接触,从而有助于进一步降低电极端子61至导电片1的连接电阻和热阻。
在另一些实施例中,卡槽51是具有槽底的非贯通槽,该槽底与电极端子61隔开一定距离而处在电极端子61的上方侧。因此,卡凸11并不能直接接触导电排5。
图4示出了本申请另一实施例提供的电池模组的局部剖面示意图,图5是图4中信号采集组件安装到电池模组之前的剖面结构示意图,图6是图4中信号采集组件的立体结构示意图。图4至图6所示的电池模组及信号采集组件具有与图1至图3所示的电池模组及信号采集组件相似的结构,可参考上文的描述进行理解,而且为了简化起见,对它们相同或相似的构件赋予了相同或相似的附图标记,并省去对它们的相同部分的重复性详细描述。以下,重点描述图4至图6所示实施例与图1至图3所示实施例的区别。
在图4至图6所示的实施例中,卡凸11设置在镂空部2C处,且卡凸11是通过对导电片1进行冲压加工而形成的折弯部,这样,卡凸11限定出朝向镂空部2C开口的背槽12——基于对导电片1的冲压加工,在导电片1的一侧形成凸起(即卡凸11)的同时,另一侧形成凹槽(即背槽12)。卡凸11也即前述折弯部可以贯通导电片1延伸,即,从导电片1的一端延伸至另一端。
并且,在图4至图6所示的实施例中,信号采集组件还包括固定到PCB板2的壳体7,壳体7可以对PCB板2形成保护。并且,壳体7以面向PCB板2的第二表面2B而朝PCB板2运动的方式,卡合安装到PCB板2上。这样,可以在完成导电片1与导电排5的焊接之后,再安装壳体7,从而方便导电片1与导电排5的焊接。并且,壳体7可以具有插入背槽12中的凸起部71,该凸起部71与前述背槽12过盈配合,从而向外挤压背槽12而使得卡凸11产生扩张变形,由于卡凸11的扩张变形,卡凸11而挤压卡槽51,从而提升了卡凸11与卡槽51的接合强度,并增强了导电片1与导电排5的导电性和导热性。壳体7具有开口部72,开口部72的内周缘包围并抵持PCB板2的周周缘。
在图1至图6所示的各个实施例中,PCB板2的第一表面2A被导电片1完全覆盖,并由此使得,在图1和图4中,导电片1将PCB板2与导电排5完全隔开,PCB板2不与导电排5直接接触。
但在图7所示的另一个实施例中(可结合图4与图5理解),在装配完成后,信号采集组件的PCB板2也与导电排5直接接触,从而使得该PCB板2不仅经由导电片1间接地获取导电排5的热量,而且还直接从导电排5获取热量。具体来说,PCB板2的第一表面2A具有环绕镂空部2C且朝向第二表面2B凹陷的沉槽2D,导电片1被收容在该沉槽2D内并与PCB板2固定。因此,可以将PCB板2的第一表面2A划分为两部分,即第一部分(对应图7中上侧的附图标记2A)和第二部分(对应图7中下侧的附图标记2A),其中,第一部分是沉槽2D的槽底面,第二部分围绕在沉槽2D及导电片1的外围(也围绕在第一部分的外围)。
请参见图7,在该信号采集组件还未安装至导电排5时,导电片1的与导电排5贴靠焊接的面1A可以略微低于PCB板2的第一表面2A的前述第二部分。其结果是,当导电片1被焊接到导电排5后,导电片1会产生朝导电排5凸出的(即图7中的附图标记F所示的方向)弹性变形,处于该弹性变形状态的导电片1将PCB板2向导电排5按压,使第一表面2A的前述第二部分紧密地贴靠在导电排5上,这有助于提升PCB板2与导电排5的接触性并由此提升二者间的导热速率。并且可以理解,贯穿导电片1的折弯部(也即卡凸11)可以帮助导电片1产生前述弹性变形。具体而言,在对导电片1焊接到导电排5时,可将导电片1朝向导电排5按压,基于导电片1的折弯部的构型,导电片1能够容易地产生朝导电排5的弹性变形,并由此使二者彼此接触,在导电片1与导电排5保持接触的状态下,将二者焊接(例如激光焊接),这样,在焊接完成后,处于变形状态的导电片1对PCB板2施加有朝向导电排5的偏置力。
在图4所示的实施例中,在PCB板2的第二表面2B还设置有低功耗的无线通讯模块8,该无线通讯模块8与温度传感器3及镍片电性耦接,其能够以无线传输的方式将该组件探测的电压信号和温度信号传送给电池管理系统BMS。
在另一些实施例中,在PCB板2的第二表面2B还设置有串联在导电片1和第一焊盘21之间的发光器件,该发光器件可以是发光二极管(light-emitting diode,LED),具体地,发光器件可以串联在保险丝4和第一焊盘21之间。这样,当电池单体6的电压存在波动异常时,例如,某电池单体6因自放电大而导致其电压明显降低,或者对某电池单体6的充电量过多而导致其电压偏高,那么作业人员可以通过在电池模组的电压采集线线束的尾部连接与各电池单体6共地的插座,发光二极管便被接入由电池单体6提供电力的发光回路中而被点亮。因为发光二极管能够响应于不同的供电电压发出不同亮度的光线,因此,作业人员能够通过观察发光二极管的光线亮度而评估各个电池单体6的电压均衡情况和健康状况,而且该评估工作可以在电池模组装箱及未连接通讯和动力电缆之前进行。另外,作业人员还可以通过观察发光二极管能够被点亮,来检查与该发光二极管对应的电压采集电路上的导电片1与导电排5的焊接质量。由此,方便了产线和维修人员的工作。
此外,本申请实施例还提供给了一种电池包,其包括上述结构的电池模组、收容该电池模组的电池箱、电池管理系统BMS、温度采集线和电压采集线。电压采集线的一端焊接到第一焊盘21,另一端连接到电池管理系统BMS。温度采集线设置为两根,这两根温度采集线的一端分别焊接到第二焊盘22和第三焊盘23,另一端连接到电池管理系统BMS。
另外,本申请一实施例还提供了一种将图7所示的信号采集组件安装到电池模组的方法,该方法包括:
步骤一:将卡凸11插入卡槽51;
步骤二:在镂空部2C处,通过按压导电片1而使导电片1产生朝向导电排5的弹性变形,在弹性变形的导电片1与导电排5彼此接触的状态下,将导电片1与导电排5焊接,从而使得PCB板2朝向导电排5偏置、并与导电排5直接接触;
步骤三:将壳体7安装至PCB板2上,其中,壳体7的凸起部71过盈地插入导电片1的背槽12中。
Claims (10)
1.一种信号采集组件,用于采集电池模组中电池单体的电压和温度,其特征在于,所述信号采集组件包括:
导电片,其用于电性连接到所述电池单体的电极端子、并与所述电池单体导热性地耦合;
PCB板,其与所述导电片层叠地固定,并具有:与所述导电片导热性地耦合的第一表面,在所述PCB板的厚度方向上与所述第一表面相背的第二表面,设于所述第二表面上的第一焊盘、第二焊盘和第三焊盘,将所述第一焊盘电性地连接到所述导电片的导电电路;其中,所述导电电路包括导电过孔,所述第一焊盘用于焊接电压采集线,所述第二焊盘和所述第三焊盘用于焊接温度采集线;
温度传感器,其导热性地安装在所述PCB板上,且电性地串联在所述第二焊盘和所述第三焊盘之间。
2.根据权利要求1所述的信号采集组件,其特征在于,所述导电片用于焊接到与所述电池单体的电极端子电性连接的导电排上。
3.根据权利要求2所述的信号采集组件,其特征在于,所述PCB板具有从所述第一表面贯通至所述第二表面的镂空部,所述导电片在所述镂空部处与所述导电排焊接。
4.根据权利要求3所述的信号采集组件,其特征在于,所述镂空部为周向封闭的孔,或者,所述镂空部为从所述PCB板的外缘向内延伸的缺口。
5.根据权利要求3所述的信号采集组件,其特征在于,所述导电片具有在远离所述PCB板的方向上凸出的卡凸,所述导电排具有供所述卡凸卡入的卡槽。
6.根据权利要求5所述的信号采集组件,其特征在于,所述卡凸设置在所述镂空部处,且所述卡凸限定朝向所述镂空部开口的背槽;
所述信号采集组件还包括固定到所述PCB板上的壳体,所述壳体具有插入所述背槽中的凸起部,其中,所述凸起部与所述背槽过盈配合,使得所述卡凸产生挤压所述卡槽的扩张变形。
7.根据权利要求6所述的信号采集组件,其特征在于,所述壳体以面向所述PCB板的所述第二表面而朝所述PCB板运动的方式,卡合安装到所述PCB板;
优选地,所述壳体具有开口部,所述开口部的内周缘包围并抵持所述PCB板的周周缘;
优选地,所述第一表面的一部分与所述导电排贴靠接触,所述导电片具有使所述第一表面的所述一部分朝所述导电排按压的弹性力。
8.一种电池模组,包括:
电池单体,其具有电极端子;
导电排,其焊接到所述电极端子;
其特征在于,所述电池模组还包括如权利要求1至7中任一项所述的信号采集组件,所述导电片以焊接到所述导电排的方式电性连接到所述电极端子。
9.一种电池包,其特征在于,包括:
如权利要求8所述的电池模组;
电池箱,收容所述电池模组;
电池管理系统BMS;
电压采集线,所述电压采集线的一端焊接到所述第一焊盘,另一端连接到所述BMS电池管理系统;
两根温度采集线,所述两根温度采集线的一端分别焊接到所述第二焊盘和所述第三焊盘,另一端连接到所述电池管理系统BMS。
10.一种将信号采集组件安装到电池模组的方法,其特征在于,所述信号采集组件为如权利要求5至7中任一项所述的信号采集组件,所述电池模组包括具有电极端子的电池单体和具有卡槽的导电排,所述导电排电性连接所述电极端子并与所述电池单体导热接触,所述方法包括:
将所述卡凸插入所述卡槽;
在所述镂空部处,将所述导电片与所述导电排焊接。
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2023
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