母排組件，動力電池過載保護系統及動力電池組件的制作方法

本實用新型涉及新能源汽車動力電池過載保護技術領域，更具體地，本實用新型涉及一種母排組件，動力電池的過載保護系統以及動力電池組件。

背景技術：

隨著新能源汽車特別是純電動汽車技術的發展，電動汽車的安全越來越為大家所重視。動力電池作為電動汽車的高壓供電部件,其安全性更為關鍵.動力電池的過載保護設計用于提高電池包的安全性。

對于現有的電動汽車的動力電池組件而言，動力電池的過載保護通常包括基于電池管理系統(BMS)的過載限流保護和基于熔斷器的熔斷保護兩部分。過載限流保護通過BMS探測電池溫度和電流信號,在溫度和電流過高后發送指令給整車控制單元(VCU),再通過VCU發送指令來降低外接負載，整個控制過程冗長且復雜，且需要通過計算器控制執行機構，存在失效風險；后者熔斷保護通過熔斷器在大負載電流的情況下，產生大量熱，直接將保險絲熔斷，造成機械斷路。

技術實現要素：

本實用新型的目的在于提供一種更完善的動力電池過載保護系統。

本實用新型的其他目的在于克服或至少緩解現有技術中存在的問題。

根據本實用新型的一方面，提供了一種用于汽車的動力電池的母排組件，其包括：

第一連接臂，所述第一連接臂具有一個或多個連接端，以便與上游電池單元連接；

第二連接臂，所述第二連接臂具有一個或多個連接端，以便與下游電池單元連接；以及

連接在所述第一連接臂與所述第二連接臂之間的PTC單元。

可選地，在母排組件的一些實施例中，所述PTC單元呈片狀，所述第一連接臂和所述第二連接臂分別連接至所述PTC單元的相對面上。

可選地，在母排組件的一些實施例中，所述第一連接臂和所述第二連接臂分別焊接至所述PTC單元上。

可選地，在母排組件的一些實施例中，所述第一連接臂和/或所述第二連接臂在與所述PTC單元連接處附近具有收縮部。

可選地，在母排組件的一些實施例中，所述第一連接臂和所述第二連接臂以及所述PTC單元在連接處附近涂覆有絕緣隔熱涂層。

可選地，在母排組件的一些實施例中，所述第一連接臂和/或所述第二連接臂包括主干部以及從所述主干部延伸出的一個或多個連接端，所述連接端用于與電池單元連接，并具有安裝孔。

可選地，在母排組件的一些實施例中，所述主干部由絕緣件包裹并且所述連接端由絕緣套包裹。

根據本實用新型的另一方面，提供了一種用于汽車的動力電池的過載保護系統，所述過載保護系統包括基于PTC單元的過載保護系統，所述基于PTC單元的過載保護系統包括連接在電池單元之間一個或多個PTC單元。

可選地，在過載保護系統的一些實施例中，一個或多個PTC單元通過根據本實用新型的實施例的母排組件來連接在電池單元之間。

可選地，在過載保護系統的一些實施例中，所述過載保護系統還包括基于電阻絲的熔斷保護系統以及基于電池管理系統的過載限流保護系統。

可選地，在過載保護系統的一些實施例中，所述過載保護系統配置成使得所述基于PTC單元的過載保護系統先于或后于所述基于電池管理系統的過載限流保護系統起作用。

可選地，在過載保護系統的一些實施例中，所述電池管理系統通過采樣PTC單元兩端的電壓來監控所述PTC的即時電阻。

根據本實用新型的另一方面，提供了一種用于汽車的動力電池組件，其特征在于，所述動力電池組件包括多個電池單元以及與所述多個電池單元串聯的一個或多個PTC單元。

可旋地，在動力電池組件的一些實施例中，一個或多個PTC單元通過根據本實用新型的實施例的母排組件來連接在電池單元之間。

根據本實用新型的另一方面，提供了一種汽車的動力電池的過載保護方法，所述方法包括將根據本實用新型的實施例的母排組件串聯在用于汽車的動力電池的電池單元之間。

根據本實用新型的母排組件，過載保護系統和方法以及動力電池組件等具有更佳的安全性和穩定性。

附圖說明

參考附圖，本實用新型的上述以及其他的特征將變得顯而易見，其中：

圖1示出了PTC單元的溫度-電阻特性曲線；

圖2示出了根據本實用新型的實施例的母排組件；

圖3示出了根據本實用新型的另一個實施例的母排組件；

圖4示出了圖3中的母排組件的另一個角度的視圖；以及

圖5示出了根據本實用新型的實施例的電池組件。

具體實施方式：

容易理解，根據本實用新型的技術方案，在不變更本實用新型實質精神下，本領域的一般技術人員可以提出可相互替換的多種結構方式以及實現方式。因此，以下具體實施方式以及附圖僅是對本實用新型的技術方案的示例性說明，而不應當視為本實用新型的全部或者視為對本實用新型技術方案的限定或限制。

在本說明書中提到或者可能提到的上、下、左、右、前、后、正面、背面、頂部、底部等方位用語是相對于各附圖中所示的構造進行定義的，它們是相對的概念，因此有可能會根據其所處不同位置、不同使用狀態而進行相應地變化。所以，也不應當將這些或者其他的方位用語解釋為限制性用語。

請參考圖1，PTC也稱為正溫度系數熱敏電阻，其電阻值R₀在溫度超過預定點T₀后與溫度正相關，并快速增高，例如在圖示的T₁溫度時，電阻R₁增長至R₀的數倍。與此同時，PTC的溫度與經過PTC的電流正相關。利用PTC的該特性，可對現有的電動車或混合動力車的動力電池的過載保護系統進行優化。

具體而言，請參考圖2，根據本實用新型的一些實施例，提供了一種母排組件，其用于連接在電池單元之間，例如每6個電池單元之間或每12個電池單元之間，或以其他方式連接在串聯的電池單元之間。母排組件包括具有用于與上游電池單元連接的一個或多個連接端811,812的第一連接臂84，具有用于與下游電池單元連接的一個或多個連接端851,853的第二連接臂88，以及連接在第一連接臂84和第二連接臂88之間的PTC單元7。

在一些實施例中，第一連接臂84包括主干部81以及從主干部81延伸出的一個或多個連接端，在圖示的實施例中為兩個連接端811,812。在一些實施例中，主干部81基本為平板狀，而各個連接端811,812可基本垂直于主干部81地延伸，或者通過對平板狀的延伸部進行折彎來形成連接端811,812。各個連接端811,812可分別具有安裝孔813,814以用于與電池單元固定連接。在一些實施例中，第一連接臂84在與PTC單元連接處附近具有收縮部82。在第一連接臂84形成為平板狀時，該收縮部82具有比主干部81更小的寬度，并且從主干部81經由過渡段83延伸至收縮部82，該過渡段83可如圖所示的那樣成凹圓弧形。該收縮部82的存在可提高PTC單元7附近的電流敏感度，增強PTC單元對電流的敏感性。在一些實施例中，可調節收縮端的寬度來調節PTC單元的電流敏感性。在備選實施例中，第一連接臂的主干部81和收縮部82也可選擇其他形狀，例如圓柱狀等。在備選實施例中，連接端可為一個，三個，四個或其他數量。在一些實施例中，第一連接臂84采用導電材料制成，例如銅等。

類似地，第二連接臂88包括主干部85以及從主干部85延伸出的一個或多個連接端，在圖示的實施例中為兩個連接端851,853。在一些實施例中，主干部85基本為平板狀，而各個連接端851,853可基本垂直于主干部85地延伸，或者通過對平板狀的延伸部進行折彎來形成各個連接端851,853。各個連接端851,853可分別具有安裝孔852,854以用于與電池單元固定連接。在一些實施例中，第二連接臂88在與PTC單元連接處附近具有收縮部87。在第二連接臂88形成為平板狀時，該收縮部87具有比主干部85更小的寬度，并且從主干部85經由過渡段86延伸至收縮部87，該過渡段86可如圖所示的那樣成凹圓弧形。

在一些實施例中，PTC單元7形成為片狀，并可具有不同的厚度。片狀的PTC單元包括第一表面71以及與第一表面71相對的第二表面72以及周圍的窄端面(未標注)。第一連接臂84連接至PTC單元7的第一表面71并且第二連接臂88連接至PTC單元7的第二表面72上。在一些實施例中，可通過第一連接臂84的收縮部82以及第二連接臂88的收縮部87來與片狀PTC單元7的相對表面71,72連接。在一些實施例中，第一連接臂84和第二連接臂88通過焊接來連接至PTC單元7。通過片狀的PTC單元7進一步提高了PTC單元7的電流敏感度。圖示的實施例中PTC單元7基本呈矩形片狀，在備選實施例中PTC單元可呈圓片狀或其他形狀。另外，在備選實施例中，可也選用其他形狀的PTC單元，并且第一連接臂和第二連接臂也可以其他方式連接至PTC單元，例如連接至PTC單元的同側上或兩個端面上等。

參考圖3和圖4，在一些實施例中，在PTC單元7附近的區域10中，在PTC單元7以及與其連接的第一連接臂部分和第二連接臂部分的表面上進行涂層處理，該涂層可為絕緣隔熱涂層。絕緣隔熱涂層一方面起到絕緣作用，另一方面，絕緣隔熱涂層防止PTC單元7快速散熱，使其PTC單元7能夠保持一定時間的高阻態，直到負載下降且電流穩定。在一些實施例中，可通過調節例如涂的材料或層厚度來調整PTC單元7保持高阻態的時間。在一些實施例中，第一連接臂84以及第二連接臂88包裹有絕緣件11。在一個實施例中，各個連接端811,812,851以及853包裹了絕緣帽12。

在另一些實施例中，本實用新型還提供了一種用于電動汽車的動力電池的過載保護系統，所述過載保護系統包括連接在電池單元之間一個或多個PTC單元，例如利用上文所述的帶PTC單元的母排組件。在一些實施例中，過載保護系統還包括基于電阻絲的熔斷保護系統以及基于電池管理系統的過載限流保護系統。

現有的過載保護系統通常包括基于電阻絲的熔斷保護系統以及基于電池管理系統的過載限流保護系統。對于基于BMS的電控制系統而言，BMS通過探測電池溫度以及回路電流，反饋給整車控制單元，再由整車控制單元通過計算發送指令給電機控制器降低負載，整個控制通過軟件來控制，過程冗長，容易發生錯判和誤判，整個控制是通過控制外接負載來實現限流，動力電池本身并沒有過載限流保護。基于電控制的過載保護可能在極端條件下失效，存在安全隱患。

對于動力電池熔斷保護系統而言，通常在主回路設計一個保險絲盒，來實現極端大電流情況下的保護，保險絲直接熔斷容易造成拉弧，且在高速行駛過程中容易造成突然完全失去動力，產生嚴重的人員安全隱患。保險絲熔斷后不可恢復，在更換保險絲前車輛將無法行駛。

本實用新型提供了對于動力電池的多一重的過載保護，其可介于基于電阻絲的熔斷保護系統以及基于電池管理系統的過載限流保護系統之間，或作為首先作用的過載保護。可對控制方法，PTC單元以及熔斷單元的物理參數進行調整，實現更完善的過載保護方案。例如可對PTC單元的溫度電阻曲線進行配置，使得基于PTC單元的過載保護系統可設置成在過載限流保護系統失效后起作用。具體而言，在電流升高達到I₀時，基于BMS的過載限流保護系統首先起作用；而在基于BMS的過載限流保護失效時，在電流繼續上升至I₁后，基于PTC單元的過載保護起作用，即PTC單元呈現出高阻態以限制電流。由于基于PTC單元的過載保護為物理性質的過載保護，其并不基于電或軟件控制，故其具有較高的穩定性和安全性，一般情況下不會失效。因此，甚至在極端情況下也不會導致保險絲熔斷，但熔斷保護系統的存在形成過載保護的底線，使得整個過載保護系統更為完善。在一些實施例中，電池管理系統BMS通過采樣PTC單元兩端的電壓來監控PTC單元的即時電阻。此外，在動力電池具有多個帶PTC的母排組件的實施例中，可對各個母排組件的PTC單元的尺寸，材料等特性進行設置，使得各個PTC單元具有不同的溫度電阻曲線，以實現多層次的過載保護。

參考圖5，其示出了根據本實用新型的實施例的動力電池的示意圖。動力電池包括多個電池單體2，每個電池單體2可包括例如6個左右的電池單元。每間隔兩個電池單體2可布置一個帶PTC單元的母排組件1，此外電氣母排3設置在電池單體2之間用于普通的電氣連接。此外，動力電池還包括母排線束總成4以及用于連接至負載的動力輸出母排5,6。

在進一步的實施例中，本實用新型還提供了一種汽車的動力電池的過載保護方法，所述方法包括將根據本實用新型的實施例的母排組件串聯在用于汽車的動力電池的電池單元之間。

在進一步的實施例中，本實用新型還提供了具有根據本實用新型的實施例的母排組件的汽車，例如純電動車或混合動力車等。

應當理解，盡管在本實用新型的各個實施例的電機中，定子組件的各個部分分別由定子本體和成形構件限定，例如，定子本體限定了封閉內圈，齒部和外圈，成形構件限定了蓋，但在備選實施例中，在不改變結構的情況下，限定不同部分的部件可改變，例如定子組件的封閉內圈，外圈或齒部可由成形構件或其他部件來限定，定子組件的蓋可由定子本體或其他部件來限定等。