CN112271410A - 一种动力电池和驾驶设备 - Google Patents

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CN112271410A CN202011127708.5A CN202011127708A CN112271410A CN 112271410 A CN112271410 A CN 112271410A CN 202011127708 A CN202011127708 A CN 202011127708A CN 112271410 A CN112271410 A CN 112271410A
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谷文博
王君君
姜辉
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Abstract

本发明公开了一种动力电池和驾驶设备，动力电池包括高压***、低压***以及模组总成；高压***包括多个软铜排、多个硬铜排以及至少一个熔断器。通过使用长度小于预设长度的软铜排和硬铜排相结合的方式进行高压连接，解决了使用长铜排构成高压回路造成的电磁干扰较大的技术问题，通过将熔断器外置于模组总成上，解决了将熔断器外置于动力电池内部导致的维护不便的技术问题。本申请实现了减小动力电池的低频磁场发射、降低了对动力电池的电池模组的电磁干扰的技术效果，以及实现了熔断器便于维护的技术效果。

Description

一种动力电池和驾驶设备
技术领域
本发明实施例涉及动力电池技术领域，尤其涉及一种动力电池和驾驶设备。
背景技术
随着新能源汽车产业的不断发展壮大，社会上的新能源汽车保有量快速增长，新能源汽车安全也随着保有量的增加引起广大消费者、生产厂商的加倍重视。动力电池作为新能源汽车的核心高压、高能量部件，需要同时具备高安全性的特点，才可以确保广大消费者的人身财产安全。动力电池的高低压连接***，承载着动力电池高压、低压***的连接、断路保护、通讯、采样等功能，是动力电池安全设计的重要环节。
但是，现有的动力电池通常使用长铜排构成高圧回路，电磁干扰较大，容易对电池模组产生影响，且动力电池中的熔断器设置于动力电池内部，造成维护不便。
发明内容
本发明提供一种动力电池和驾驶设备，解决了现有技术的动力电池中使用长铜排构成高压回路导致的电磁干扰大、以及动力电池的熔断器设置于动力电池内部造成的维护困难的问题。
本发明实施例提供了一种动力电池，所述动力电池包括高压***、低压***以及模组总成；
所述高压***包括多个软铜排、多个硬铜排以及至少一个熔断器；所述软铜排和所述硬铜排的长度均小于预设长度；所述高压***通过所述软铜排、所述硬铜排与所述模组总成电连接；所述熔断器外置于所述模组总成上，并通过所述硬铜排与所述模组总成电连接；
所述低压***包括连接线束和分布式电池管理***控制器，所述分布式电池管理***控制器设置于所述模组总成上，并通过所述连接线束与所述模组总成电连接；
所述模组总成包括多个电池模组，多个所述电池模组呈蛇形顺次连接，且多个所述电池模组中的第一个电池模组和最后一个电池模组相邻设置。
进一步地，所述分布式电池管理***控制器包括主控制器、第一从控制器和第二从控制器；
所述第一从控制器、所述第二从控制器均通过所述连接线束与所述主控制器电连接；
所述第一从控制器、所述第二从控制器均包括多个采样芯片；一个所述采样芯片对应采集预设数量个所述电池模组的电量信息。
进一步地，所述熔断器设置于两个所述采样芯片之间。
进一步地，所述高压***包括至少一个第一硬铜排和至少一个第二硬铜排；
所述第一硬铜排、所述第二硬铜排用于实现所述熔断器和所述模组总成之间的电连接。
进一步地，一个所述采样芯片所对应采集的所述预设数量的所述电池模组相邻设置。
进一步地，所述高压***还包括高压配电盒、第一软铜排、第二软铜排、第三软铜排、第四软铜排、第五软铜排和第六软铜排；
所述高压配电盒通过所述第一软铜排、所述第二软铜排与所述模组总成电连接；
所述高压配电盒通过所述第三软铜排、所述第四软铜排、所述第五软铜排、所述第六软铜排与动力电池整包高压接口电连接。
进一步地，所述高压***还包括多个第三硬铜排、多个第四硬铜排、多个第五硬铜排和多个第六硬铜排；
所述第三硬铜排、所述第四硬铜排、所述第五硬铜排、所述第六硬铜排均用于所述电池模组间的电连接。
进一步地，所述模组总成包括n个电池模组，所述第一从控制器和所述第二从控制器中均包含m个所述采样芯片；每个所述采样芯片采集p个所述电池模组的电量信息，其中，p*2m≥n，n、m、p均为大于等于1的整数。
进一步地，所述模组总成包括24个电池模组；所述第一从控制器和所述第二从控制器中均包含4个所述采样芯片；每个所述采样芯片采集3个所述电池模组的电量信息。
本发明实施例还提供了一种驾驶设备，其特征在于，所述驾驶设备包括上述任一实施例所述的动力电池。
本发明公开了一种动力电池和驾驶设备，动力电池包括高压***、低压***以及模组总成；高压***包括多个软铜排、多个硬铜排以及至少一个熔断器。通过使用长度小于预设长度的软铜排和硬铜排相结合的方式进行高压连接，解决了使用长铜排构成高压回路造成的电磁干扰较大的技术问题，通过将熔断器外置于模组总成上，解决了将熔断器外置于动力电池内部导致的维护不便的技术问题。本申请实现了减小动力电池的低频磁场发射、降低了对动力电池的电池模组的电磁干扰的技术效果，以及实现了熔断器便于维护的技术效果。
附图说明
图1是本发明实施例提供的一种动力电池的结构图；
图2是本发明实施例提供的高压***的结构图；
图3是本发明实施例提供的低压***的结构图；
图4是本发明实施例提供的模组总成的结构图；
图5是本发明实施例提供的熔断器设置于采样芯片之间的示意图；
图6是本发明实施例提供的熔断器异常断开的示意图；
图7是本发明实施例提供的采样芯片的拓扑结构。
具体实施方式
下面结合附图和实施例对本发明作进一步的详细说明。可以理解的是，此处所描述的具体实施例仅仅用于解释本发明，而非对本发明的限定。另外还需要说明的是，为了便于描述，附图中仅示出了与本发明相关的部分而非全部结构。
需要说明的是，本发明的说明书和权利要求书及附图中的术语“第一”、“第二”等是用于区别不同对象，而不是用于限定特定顺序。本发明下述各个实施例可以单独执行，各个实施例之间也可以相互结合执行，本发明实施例对此不作具体限制。
图1是本发明实施例提供的一种动力电池的结构图。图2是本发明实施例提供的高压***的结构图。
如图1所示，动力电池包括高压***10、低压***20以及模组总成30；高压***10包括多个软铜排、多个硬铜排以及至少一个熔断器100；软铜排和硬铜排的长度均小于预设长度；高压***10通过软铜排、硬铜排与模组总成30电连接；熔断器100外置于模组总成30上，并通过硬铜排与模组总成30电连接。
可选地，如图2所示，高压***10包括至少一个第一硬铜排11和至少一个第二硬铜排12；第一硬铜排11、第二硬铜排12用于实现熔断器100和模组总成30之间的电连接。
可选地，如图2所示，高压***10还包括高压配电盒110、第一软铜排111、第二软铜排112、第三软铜排113、第四软铜排114、第五软铜排115和第六软铜排116；高压配电盒110通过第一软铜排111、第二软铜排112与模组总成30电连接；高压配电盒110通过第三软铜排113、第四软铜排114、第五软铜排115、第六软铜排116与动力电池整包高压接口电连接。
可选地，如图2所示，高压***10还包括多个第三硬铜排13、多个第四硬铜排14、多个第五硬铜排15和多个第六硬铜排16；第三硬铜排13、第四硬铜排14、第五硬铜排15、第六硬铜排16均用于电池模组间的电连接。
具体地，参见图1和图2，高压***10包括多个软铜排和多个硬铜排。软铜排和硬铜排的长度均小于常见的长铜排的长度，用于实现高压***10与模组总成30之间的连接，以及实现模组总成30中各电池模组之间的连接。高压***10中软、硬铜排混合使用的布置方式，使动力电池的电连接形式更加方便；且软铜排属于叠层母排，叠层母排可以大大降低的高压回路的电感值，减少高压电流所产生的电磁干扰；在高压***10的软、硬铜排中，最长的软铜排为图2中所示的第三软铜排113，最长的硬铜排为图2中所示的第六硬铜排16，但两者的长度均较短，通过使用长度较短的软、硬铜排构成高压回路，减少了低频磁场发射，通过“抑源”的方式，减少了动力电池中BMS(电池管理***)等敏感元器件所受的电磁干扰。
图3是本发明实施例提供的低压***的结构图。
参见图1和图3，低压***20包括连接线束21和分布式电池管理***控制器22，分布式电池管理***控制器22设置于模组总成30上，并通过连接线束21与模组总成30电连接。
可选地，如图3所示，分布式电池管理***控制器22包括主控制器221、第一从控制器222和第二从控制器223；第一从控制器222、第二从控制器334均通过连接线束21与主控制器221电连接；第一从控制器222、第二从控制器223均包括多个采样芯片；一个采样芯片对应采集预设数量个电池模组的电量信息。
具体地，一个采样芯片中通常具有12-16个采样通道，每个采样通道都能够对应采集电池模组中的电池单体的相应数据。第一从控制器222和第二从控制器223中的多个采样芯片实时采集电池模组的各项数据，并将采集到的数据通过连接线束21传送至主控制器221进行分析，主控制器221能够通过连接线束21同整车***进行通信，并将相应的分析数据传送至整车***。
图4是本发明实施例提供的模组总成的结构图。
参见图1和图4，模组总成30包括多个电池模组，多个电池模组呈蛇形顺次连接，且多个电池模组中的第一个电池模组和最后一个电池模组相邻设置。
示例性地，电池模组可以为标准的VDA355。图4中以24个VDA355为例，分别在每个电池模组上用圆形框进行标号，可以看到，24个电池模组按照编号顺序呈蛇形顺次进行高压电连接，其中，第一个电池模组1为电池***高压电连接的主负，最后一个电池模组24为电池***高压电连接的主正，第一个电池模组1和最后一个电池模组24相邻设置。采用这样的排列方式设置电池模组，使得进行高压连接所使用的硬铜排的长度得到了缩短，从而避免了使用传统的长铜排极性高压连接导致的电磁干扰较大的问题。
可选地，模组总成30包括n个电池模组，第一从控制器222和第二从控制器223中均包含m个采样芯片；每个采样芯片采集p个电池模组的电量信息，其中，p*2m≥n，n、m、p均为大于等于1的整数。
具体地，模组总成30中的电池模组数量n可以根据需要任意设置，采样芯片中的采样通道数量可以有预留，并不一定所有的采样通道均对应采集一个电池模组中的电池单体的数据，因此，p*2m可以大于电池模组n的数量。
示例性地，参见图4，模组总成包括24个电池模组；第一从控制器222和第二从控制器223中均包含4个采样芯片；每个采样芯片采集3个电池模组的电量信息，此时，8个采样芯片共可以采集24个电池模组的数据，即p*2m＝n。
需要说明的是，从控制器的数量也可以根据需要进行设置，本申请中示例性地设置了两个从控制器，即第一从控制器222和第二从控制器223。
图5是本发明实施例提供的熔断器设置于采样芯片之间的示意图。图6是本发明实施例提供的熔断器异常断开的示意图。
可选地，如图5所示，熔断器100设置于两个采样芯片之间。
具体地，参见图5和图6，一个电池模组中包含有多个电池单体，一个采样芯片中包含有多个采样通道，每隔采样通道对应采集一个电池单体的相应数据，图5和图6中仅示例性地画出了每个采样芯片的三个采样通道的示意图，实际上每个采样芯片中不止有三个采样通道，在此不再赘述。将熔断器100布置位置选在串联的两个电池模组之间，当电池模组的状态异常导致熔断器100断开时，熔断器100两侧的电池模组的总电压分别为动力电池总电压的一半，可以降低高压危险。
如图6所示，熔断器100断开时间通常为毫秒级，断开过程为内阻变大的过程，且内阻会由毫欧级变为兆欧级。在熔断器100断开的过程中，因为电流不具备突变性，熔断器100两端的电压会瞬间增大，增大的电压会施加到两个采样芯片之间，而不会作用于采样芯片的通道上，且采样芯片间相互隔离，因此产生的反向电压不会对采样芯片造成损坏，从而解决了熔断器100异常断开导致采样芯片损坏的问题。
需要说明的是，目前电池控制器主流的采样芯片的通道数为12～16个，且逐年增加，而电池模组内电池单体的通道数因考虑平台化、标准化的需求，通道数一般不超过10个。这样的发展趋势，使得每个采样芯片需要采集多个电池模组的相应数据，而电池模组间的连接铜排会影响采样精度，一般电池模组间的铜排和熔断器也会占用采样芯片的一个通道，以解决电池单体的电压采集精度问题，并实现电池内部连接阻抗的检测。
示例性地，以24个电池模组为例，由于本申请中每隔从控制器包括4个采样芯片，每个采样芯片具备48个采样通道，每个采样芯片采集三个电池模组的相应数据，因此为了保证熔断器100设置于两个采样芯片之间，需要将电池模组每三个分隔为一组，将熔断器100设置于任意两组电池模组之间，以使熔断器100能够保证设置于两个采样芯片之间。参见图1和图2，本申请中将熔断器100设置于电池模组12和电池模组13之间，即电池模组1、2、3、为一组，4、5、6为一组，7、8、9为一组，10、11、12为一组，13、14、15为一组，16、17、18、为一组，19、20、21为一组，22、23、24为一组，每组电池模组由一个采样芯片对应采集数据，熔断器100设置于电池模组12和13之间即可保证设置于两个采样芯片之间，相应的，熔断器100也可设置于电池模组9和电池模组10之间，在此不再赘述。将熔断器100设置于两个采样芯片之间，熔断器100断开瞬间产生的反向电压不会作用在BMS从控制器采样芯片的通道上，从源头解决了熔断器100异常断开导致采样芯片损坏而引起动力电池安全事故的问题。
需要说明的是，上述实施例中每个采样芯片采集三个电池模组的相应数据，为了保证熔断器100设置于两个采样芯片之间，需要将电池模组每三个分隔为一组，将熔断器100设置于两组电池模组之间；相应的，若每个采样芯片采集五个电池模组的相应数据，则需要将电池模组每五个分隔为一组，将熔断器100设置于任意两组电池模组之间，即可保证熔断器100设置于两个采样芯片之间，即当每个采样芯片能够采集a个电池模组的相应数据时，则需要将电池模组每a个分隔为一组，将熔断器100设置于任意两组电池模组之间即可。
图7是本发明实施例提供的采样芯片的拓扑结构。
可选地，一个采样芯片所对应采集的预设数量的电池模组相邻设置。
具体地，如图7所示，采样芯片的拓扑由低至高，与电池高压拓扑一致。每个从控制器中的采样芯片均设置于电池子板上，图7中示例性地给出了一个电池子板上设置有两个采样芯片，在实际设置中可以根据需要设置其他数量个采样芯片。
现有的采样芯片的设置顺序为电池子板1上的采样芯片1采集电池模组3的数据、采样芯片2采集电池模组4的数据，电池子板2上的采样芯片3采集电池模组2的数据、采样芯片4采集电池模组5的数据，电池子板3上的采样芯片5采集电池模组1的数据、采样芯片6采集电池模组6的数据，在电池总成装配过程中，一般会将电池模组中间的铜排最后连接，避免高压危险，而装配电池中间的高压铜排以后，电池模组等效给电池子板内隔离电容充电，电池子板上不同采样芯片采样的电池模组相对越远，等效的回路电压越大，当回路电压大于采样芯片耐压等级时，回路被击穿，瞬态放电，会导致采样芯片损坏。即当装配电池中间的高压铜排时，电池6个模组的电压和会对电池子板3上隔离电容进行充电，如果模组电压和大于采样芯片的耐压等级，会导致电池子板3上的采样芯片损坏。
参见图7，本申请中将设置采样芯片的电池子板顺序排布，每个电池子板上的采样芯片也顺序排布，分别从第一个电池模组顺次采集至最后一个电池模组，即电池子板1上的采样芯片1采集电池模组1的数据、采样芯片2采集电池模组2的数据，电池子板2上的采样芯片3采集电池模组3的数据、采样芯片4采集电池模组4的数据，电池子板3上的采样芯片5采集电池模组5的数据、采样芯片6采集电池模组6的数据。而当装配电池中间的高压铜排时，同一电池子板内的采样芯片两端不会产生高压回路，不会出现瞬态高压，从而解决了装配电池中间的高压铜排时，采样芯片损坏的问题。
在本发明实施例中，通过使用本发明提供的动力电池，具有下述优点：
(1)具备无长铜排，低电磁干扰的特点。高压***中软、硬铜排混合使用的布置方式，使动力电池的电连接形式更加方便；且软铜排属于叠层母排，叠层母排可以大大降低的高压回路的电感值，减少高压电流所产生的电磁干扰；通过使用长度较短的软、硬铜排构成高压回路，减少了低频磁场发射，通过“抑源”的方式，减少了动力电池中BMS等敏感元器件所受的电磁干扰。
(2)熔断器外置于模组总成上，并且设置在采样芯片间，解决熔断器导致采样芯片损坏问题，并方便维护。
(3)同一电池子板上的采样芯片的拓扑与动力电池的高压拓扑一致。解决了按照电池模组排布时，可能存在同一电池子板的不同采样芯片对应的模组不相连，在连接时产生瞬态高压，造成采样芯片损坏的问题。
本发明实施例还提供了一种驾驶设备，驾驶设备包括上述任意实施例所述的动力电池。
本发明实施例提供的驾驶设备包括上述实施例中的动力电池，因此本发明实施例提供的驾驶设备也具备上述实施例中所描述的有益效果，此处不再赘述。
在本发明实施例的描述中，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
最后应说明的是，上述仅为本发明的较佳实施例及所运用技术原理。本领域技术人员会理解，本发明不限于这里所述的特定实施例，对本领域技术人员来说能够进行各种明显的变化、重新调整和替代而不会脱离本发明的保护范围。因此，虽然通过以上实施例对本发明进行了较为详细的说明，但是本发明不仅仅限于以上实施例，在不脱离本发明构思的情况下，还可以包括更多其他等效实施例，而本发明的范围由所附的权利要求范围决定。

Claims (10)

1.一种动力电池，其特征在于，所述动力电池包括高压***、低压***以及模组总成；
所述高压***包括多个软铜排、多个硬铜排以及至少一个熔断器；所述软铜排和所述硬铜排的长度均小于预设长度；所述高压***通过所述软铜排、所述硬铜排与所述模组总成电连接；所述熔断器外置于所述模组总成上，并通过所述硬铜排与所述模组总成电连接；
所述低压***包括连接线束和分布式电池管理***控制器，所述分布式电池管理***控制器设置于所述模组总成上，并通过所述连接线束与所述模组总成电连接；
所述模组总成包括多个电池模组，多个所述电池模组呈蛇形顺次连接，且多个所述电池模组中的第一个电池模组和最后一个电池模组相邻设置。
2.根据权利要求1所述的动力电池，其特征在于，所述分布式电池管理***控制器包括主控制器、第一从控制器和第二从控制器；所述第一从控制器、所述第二从控制器均通过所述连接线束与所述主控制器电连接；
所述第一从控制器、所述第二从控制器均包括多个采样芯片；一个所述采样芯片对应采集预设数量个所述电池模组的电量信息。
3.根据权利要求2所述的动力电池，其特征在于，所述熔断器设置于两个所述采样芯片之间。
4.根据权利要求2所述的动力电池，其特征在于，所述高压***包括至少一个第一硬铜排和至少一个第二硬铜排；
所述第一硬铜排、所述第二硬铜排用于实现所述熔断器和所述模组总成之间的电连接。
5.根据权利要求2所述的动力电池，其特征在于，一个所述采样芯片所对应采集的所述预设数量的所述电池模组相邻设置。
6.根据权利要求1所述的动力电池，其特征在于，所述高压***还包括高压配电盒、第一软铜排、第二软铜排、第三软铜排、第四软铜排、第五软铜排和第六软铜排；
所述高压配电盒通过所述第一软铜排、所述第二软铜排与所述模组总成电连接；
所述高压配电盒通过所述第三软铜排、所述第四软铜排、所述第五软铜排、所述第六软铜排与动力电池整包高压接口电连接。
7.根据权利要求1所述的动力电池，其特征在于，所述高压***还包括多个第三硬铜排、多个第四硬铜排、多个第五硬铜排和多个第六硬铜排；
所述第三硬铜排、所述第四硬铜排、所述第五硬铜排、所述第六硬铜排均用于所述电池模组间的电连接。
8.根据权利要求2所述的动力电池，其特征在于，所述模组总成包括n个电池模组，所述第一从控制器和所述第二从控制器中均包含m个所述采样芯片；每个所述采样芯片采集p个所述电池模组的电量信息，其中，p*2m≥n，n、m、p均为大于等于1的整数。
9.根据权利要求8所述的动力电池，其特征在于，所述模组总成包括24个电池模组；所述第一从控制器和所述第二从控制器中均包含4个所述采样芯片；每个所述采样芯片采集3个所述电池模组的电量信息。
10.一种驾驶设备，其特征在于，所述驾驶设备包括上述权利要求1至9中任一项所述的动力电池。
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