CN115473013A - 用于动力电池包的汇流排组件和动力电池包 - Google Patents
用于动力电池包的汇流排组件和动力电池包 Download PDFInfo
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Abstract
本发明涉及一种用于动力电池包的汇流排组件，其中，所述汇流排组件布置在所述动力电池包的配电单元和电接触部之间并且被配置成适于将来自所述配电单元的电能引导至所述电接触部，其中，所述汇流排组件至少包括：汇流排正极；汇流排负极，所述汇流排负极与所述汇流排正极彼此间隔开；和间隔件，所述间隔件布置在所述汇流排正极和所述汇流排负极之间并且由绝缘材料制成，其中，所述汇流排正极、所述汇流排负极和所述间隔件共同作为差模电容起作用。本发明还涉及一种相应的动力电池包。能够在不改变配电单元的情况下优化动力电池包的电磁兼容性。
Description
技术领域
本发明涉及动力电池领域，尤其是涉及一种用于动力电池包的汇流排组件。本发明还涉及一种相应的动力电池包。
背景技术
近年来，随着技术的进步和能源问题的凸显，动力电池已经广泛用作为无线移动设备的能量源，其中，动力电池尤其适于使用在电动车辆和混合动力车辆中并且具有高能量密度和环保等优点。
在此，动力电池包具有多个电池模组，所述电池模组分别由多个单体电芯以串并联连接的形式组成并且通过汇流条输出来自单体电芯的电能，其中，电池模组通过汇流条与动力电池包的配电单元电连接，所述配电单元至少构造成用于控制动力电池包的充放电过程和针对各个耗电负载的能量分配。在此，动力电池包的配电单元又通过汇流排组件与电接触部连接，以将动力电池包的电能向外输出。
在现有技术中，为了提升动力电池包的电磁兼容性(Electromagnetic MagneticCompatibility,EMC)并且确保动力电池包在电磁环境中能正常工作，在配电单元中增加EMC滤波器，所述EMC滤波器包括共模电感、差模电感、共模电容、差模电容和电阻等部件，以抑制共模噪声和差模噪声。然而，这不仅增大了配电单元的占用空间，还提高了配电单元的设计难度，尤其当需要添加EMC滤波器以优化电磁兼容性时，必须费事地和成本不利地改变配电单元。
发明内容
因此，本发明的目的在于提出一种改进的用于动力电池包的汇流排组件，所述汇流排组件本身能够实施滤波功能，由此在不改变配电单元的情况下优化动力电池包的电磁兼容性。这一方面降低了动力电池包的配电单元的设计成本，另一方面可以节省在动力电池包内部的占用空间。此外，还能够缩短EMC滤波器与动力电池包的电接触部的距离，从而减小回路杂散电感并且进一步提升电磁兼容性的优化效果。
根据本发明的第一方面，提供一种用于动力电池包的汇流排组件，其中，所述汇流排组件布置在所述动力电池包的配电单元和电接触部之间并且被配置成适于将来自所述配电单元的电能引导至所述电接触部，其中，所述汇流排组件至少包括：
-汇流排正极；
-汇流排负极，所述汇流排负极与所述汇流排正极彼此间隔开；和
-间隔件，所述间隔件布置在所述汇流排正极和所述汇流排负极之间并且由绝缘材料制成，
其中，所述汇流排正极、所述汇流排负极和所述间隔件共同作为差模电容起作用。
相比于现有技术，在根据本发明的位于动力电池包的配电单元和电接触部之间的汇流排组件中，汇流排正极和汇流排负极分别与配电单元电连接，在汇流排正极和汇流排负极之间布置由具有高介电常数的绝缘材料制成的间隔件，由此汇流排正极、汇流排负极和间隔件形成平板电容器并且共同作为差模电容起作用，所述差模电容能够有效地抑制汇流排正极和汇流排负极所在的两个电源导线之间的差模干扰，从而提升动力电池包整体的电磁兼容性。在此，仅通过汇流排组件就能实现差模滤波功能，而无需在配电单元中设置EMC滤波器，由此成本有利地减小配电单元的设计难度和占用空间。此外，相比于传统的动力电池包的设置在配电单元中的EMC滤波器，位于配电单元和电接触部之间的汇流排组件更靠近高频开关器件，由此能够有效减小回路杂散电感，并且进一步提升关于电磁兼容性的优化性能。
根据本发明的示例性实施例，所述间隔件板形地构造并且在水平延伸方向上超出所述汇流排正极和所述汇流排负极。
根据本发明的示例性实施例，所述间隔件构造为陶瓷隔板；和/或，所述汇流排正极和所述汇流排负极构造为铜排。
根据本发明的示例性实施例，所述汇流排组件包括第一共模电容和第二共模电容，其中，所述第一共模电容布置在所述汇流排正极和接地之间，所述第二共模电容布置在所述汇流排负极和接地之间。
根据本发明的示例性实施例，所述汇流排组件包括铁氧体磁芯，所述铁氧体磁芯环绕所述汇流排正极和所述汇流排负极。
根据本发明的示例性实施例，所述铁氧体磁芯圆环形或方环形地构造；和/或，所述铁氧体磁芯的轴向延伸尺度小于所述汇流排正极和所述汇流排负极的水平延伸尺度。
根据本发明的示例性实施例，所述汇流排组件包括绝缘层，所述绝缘层分别布置在所述铁氧体磁芯和所述汇流排正极之间以及所述铁氧体磁芯和所述汇流排负极之间。
根据本发明的示例性实施例，所述汇流排组件还包括两个差模电感，所述差模电感分别构造为缠绕在单独铁芯上的一个线圈绕组，所述线圈绕组分别与所述汇流排正极和所述汇流排负极电连接；和/或，所述汇流排组件还包括共模电感，所述共模电感构造为缠绕在共同的铁芯上的两个线圈绕组，所述线圈绕组分别与所述汇流排正极和所述汇流排负极电连接。
根据本发明的第二方面，提供一种动力电池包，其中，所述动力电池包至少包括：
-多个电池模组；
-配电单元，所述配电单元被配置成适于至少接收所述电池模组的电能；
-电接触部，所述电接触部被配置成适于将来自所述配电单元的电能供应至电负载；和
-根据本发明的汇流排组件，所述汇流排组件布置在所述配电单元和所述电接触部之间并且被配置成适于将来自所述配电单元的电能引导至所述电接触部。
根据本发明的示例性实施例，所述动力电池包具有汇流条，所述汇流条布置在所述电池模组和所述配电单元之间并且被配置成将所述电池模组的电能引导至所述配电单元；和/或，所述动力电池包具有壳体，所述壳体构造为接地；和/或，所述电接触部具有屏蔽层，所述屏蔽层构造为接地；和/或，所述配电单元集成有以下部件中的至少一个：电池管理模块、继电器、熔断器、电流采集元件、预充电阻；和/或，所述动力电池包使用在电动车辆中。
附图说明
下面，通过参看附图更详细地描述本发明，可以更好地理解本发明的原理、特点和优点。附图包括：
图1示出了根据本发明的一个示例性实施例的动力电池包的示意性框图；
图2示出了根据本发明的一个示例性实施例的用于动力电池包的汇流排组件的示意性剖视图；
图3示出了根据本发明的一个示例性实施例的用于动力电池包的汇流排组件的示意性视图。
具体实施方式
为了使本发明所要解决的技术问题、技术方案以及有益的技术效果更加清楚明白，以下将结合附图以及多个示例性实施例对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅用于解释本发明，而不用于限定本发明的保护范围。
在本说明书中，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，或可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，或电连接；可以是直接相连，或通过中间件间接相连，或两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据情况理解上述术语在本公开中的含义。
应理解，在本文中，表述“第一”、“第二”等仅用于描述性目的，而不应理解为指示或暗示相对重要性，也不应理解为隐含指明所指示的技术特征的数量。限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地表示包括至少一个该特征。
图1示出了根据本发明的一个示例性实施例的动力电池包100的示意性框图。在此，动力电池包100示例性地使用在电动车辆中并且作为主要能量源起作用。但也可以考虑，动力电池包100使用在混合动力车辆或另外的需要电能驱动的无线移动设备中。
如图1所示，动力电池包100包括多个电池模组10，所述电池模组分别由多个彼此相叠的单体电芯以串并联的形式连接形成。在此，各个电池模组10分别与汇流条20连接，通过所述汇流条将多个电池模组10的电能共同向外输出。
如图1所示，动力电池包100包括配电单元30，所述配电单元30通过汇流条20与电池模组10连接，以接收来自电池模组10的电能。在此，配电单元30至少构造成用于控制动力电池包100的充放电过程以及针对不同耗电负载的功率分配。为此，配电单元30中集成有继电器。此外，配电单元30示例性地集成有用于管理和维护各个电池模组10的电池管理模块、用于电路过载短路保护的熔断器、用于监控电池运行的电流/电压采集元件以及用于保护高压电路免受瞬时大电流冲击的预充电阻等。当然也可以考虑另外的本领域技术人员认为有意义的其它部件。
如图1所示，动力电池包100包括汇流排组件40，所述汇流排组件布置在配电单元30和动力电池包100的电接触部50之间，所述电接触部50与耗电负载电连接并且将动力电池包100的电能供应至耗电负载，所述耗电负载例如是车辆的空调、电动机等。在此，通过汇流排组件40能够将来自配电单元30的电能引导至电接触部50并且通过电接触部50向外输出至耗电负载，其中，在电接触部50和耗电负载之间示例性地设置有开关器件，以有针对性地控制电流回路的通断。
如图1所示，汇流排组件40包括汇流排正极41和汇流排负极42，其中，汇流排正极41和配电单元30的输出端正极电连接，而汇流排负极42和配电单元30的输出端负极电连接，其中，汇流排正极41和汇流排负极42相对彼此以一定间距间隔开，所述间距根据实验数据和/或经验数据得出并且满足高压安全要求。由此通过配电单元30、汇流排正极41、电接触部50和汇流排负极42形成回路，电流从配电单元30经由汇流排正极41供应至电接触部50以及与电接触部50电连接的耗电负载，并且经由电接触部50回流至配电单元30，在该过程中可能在从配电单元30通向电接触部50的输入线路和从电接触部50回到配电单元30的返回线路之间产生不期望的电位差，所述电位差引起差模干扰，所述差模干扰会严重影响耗电负载的工作性能并且降低动力电池包100的电磁兼容性。
示例性地，汇流排组件40的汇流排正极41和汇流排负极42构造为铜排。但也可以考虑本领域技术人员认为有意义的其它材料，例如铝。
如图1所示，汇流排组件40包括间隔件43，所述间隔件布置在汇流排正极41和汇流排负极42之间并且由具有高介电常数的绝缘材料制成，通过间隔件43能够提升汇流排正极41和汇流排负极42之间的绝缘特性。示例性地，间隔件43板形地构造，并且由汇流排正极41、间隔件43和汇流排负极42共同形成平板电容器，所述平板电容器的电容值通过以下公式计算：
其中，C是所形成的平板电容器的电容值，ε是间隔件43的介电常数，S是汇流排正极41和汇流排负极42彼此重叠的面积，k是静电力常量，d是汇流排正极41和汇流排负极42之间的间距。
在此，由汇流排正极41、间隔件43和汇流排负极42形成的平板电容器设置在配电单元30和电接触部50之间的电流回路中并且作为差模电容起作用，所述差模电容针对在电路回路中产生的差模干扰电流表现为通路，由此使差模干扰电流经由差模电容回流至配电单元30，从而避免差模干扰电流继续流动至电接触部50并且对耗电负载造成损害。在此，汇流排组件40本身针对差模干扰起到滤波作用，由此能够在配电单元30中不设置EMC滤波器的情况下有效地优化动力电池包100的电磁兼容性。这明显减小了配电单元30的设计难度和占用空间。
示例性地，间隔件43构造为陶瓷隔板，所述陶瓷隔板能够成本有利地制造并且具有好的高频特性和低介质损耗。当然也可以考虑另外的本领域技术人员认为有意义的材料，例如塑料。
示例性地，间隔件43在水平延伸方向上超出汇流排正极41和汇流排负极42，由此使得间隔件43完全占据汇流排正极41和汇流排负极42之间的间隙，从而有效地确保汇流排正极41和汇流排负极42彼此绝缘并且避免意外短路。
如图1所示，动力电池包100还包括壳体60，所述壳体包围动力电池包100的各个部件并且构造为例如通过接地线而接地。
图2示出了根据本发明的一个示例性实施例的用于动力电池包100的汇流排组件40的示意性剖视图。
如图2所示，汇流排组件40的汇流排正极41和汇流排负极42彼此相叠并且间隔开地布置，在汇流排正极41和汇流排负极42之间***由绝缘材料制成的间隔件43，由此形成用于过滤差模干扰的差模电容。
如图2所示，汇流排组件40还包括铁氧体磁芯44，所述铁氧体磁芯在周向方向上环绕汇流排正极41和汇流排负极42。在此，通过铁氧体磁芯44能够有效抑制在线路中的共模干扰，所述共模干扰是由外部电磁场感应出，例如当耗电负载接入或者存在外部电磁辐射、如雷电或大功率辐射源时容易在输入线路和/或返回线路中产生共模干扰。在此，通过铁氧体磁芯44产生的磁场能够反作用于外部的干扰电磁场，从而可靠地抵抗共模干扰。在此，铁氧体磁芯44围绕汇流排正极41和汇流排负极42方环形地构造。但也可以考虑，铁氧体磁芯44圆环形地构造。
如图2所示，汇流排组件40包括绝缘层45，所述绝缘层分别布置在铁氧体磁芯44和汇流排正极41之间以及铁氧体磁芯44和汇流排负极42之间。由此可以有效地避免铁氧体磁芯44与汇流排正极41或汇流排负极42接触而造成短路。示例性地，绝缘层45与间隔件43由不同绝缘材料分开地构造。但也可以考虑，绝缘层45与间隔件43由相同的材料一体地构造。
示例性地，铁氧体磁芯44的轴向延伸尺度小于汇流排正极41和汇流排负极42的水平延伸尺度，使得铁氧体磁芯44窄于汇流排正极41和汇流排负极42地构造，从而节省用于铁氧体磁芯44的材料和体积。
图3示出了根据本发明的一个示例性实施例的用于动力电池包100的汇流排组件40的示意性视图。
如图3所示，汇流排组件40除了形成差模电容的汇流排正极41、汇流排负极42和间隔件43之外还包括第一共模电容46和第二共模电容47，其中，第一共模电容46将汇流排正极41连接至接地70，而第二共模电容47将汇流排负极42连接至接地70。在此，通过第一共模电容46和第二共模电容47能够将高频的共模干扰以旁路流通的方式引导至接地70，从而有效地抑制共模干扰对于耗电负载的影响并且提升动力电池包100的电磁兼容性。在此，接地70例如是动力电池包100的壳体60。当汇流排组件40布置得靠近电接触部50时，也可以考虑将电接触部50的屏蔽层构造为接地70。
如图3所示，汇流排组件40还包括两个差模电感48，所述差模电感分别构造为缠绕在单独铁芯上的一个线圈绕组，其中，各一个差模电感48的线圈绕组以串联的方式与汇流排正极41和汇流排负极42电连接。在此，差模电感48能够作为滤波电感有效地抑制差模干扰。
如图3所示，汇流排组件40还包括共模电感49，所述共模电感构造为缠绕在共同的铁芯上的两个线圈绕组，所述线圈绕组的圈数相等并且绕向相反，并且两个线圈绕组分别与汇流排正极41和汇流排负极42电连接。在此，共模电感49能够作为滤波电感有效地共模干扰。
在此，通过由汇流排正极41、汇流排负极42和间隔件43形成的差模电容、共模电容46、46以及差模电感48和共模电感49的相互配合能够有效地抑制在线路中的共模干扰和差模干扰，并且明显提升动力电池包100的电磁兼容性，而不必费事地在配电单元30中设置EMC滤波器。
前面对于实施方式的阐释仅在所述示例的框架下描述本发明。当然，只要在技术上有意义，实施方式的各个特征能够自由地相互组合，而不偏离本发明的框架。
对于本领域的技术人员而言，本发明的其他优点和替代性实施方式是显而易见的。因此，本发明就其更宽泛的意义而言并不局限于所示和所述的具体细节、代表性结构和示例性实施例。相反，本领域的技术人员可以在不脱离本发明的基本精神和范围的情况下进行各种修改和替代。
Claims (10)
1.一种用于动力电池包(100)的汇流排组件(40)，其特征在于，
所述汇流排组件(40)布置在所述动力电池包(100)的配电单元(30)和电接触部(50)之间并且被配置成适于将来自所述配电单元(30)的电能引导至所述电接触部(50)，其中，所述汇流排组件(40)至少包括：
-汇流排正极(41)；
-汇流排负极(42)，所述汇流排负极与所述汇流排正极(41)彼此间隔开；和
-间隔件(43)，所述间隔件布置在所述汇流排正极(41)和所述汇流排负极(42)之间并且由绝缘材料制成，
其中，所述汇流排正极(41)、所述汇流排负极(42)和所述间隔件(43)共同作为差模电容起作用。
2.根据权利要求1所述的汇流排组件(40)，其特征在于，
所述间隔件(43)板形地构造并且在水平延伸方向上超出所述汇流排正极(41)和所述汇流排负极(42)。
3.根据权利要求1或2所述的汇流排组件(40)，其特征在于，
所述间隔件(43)构造为陶瓷隔板；和/或
所述汇流排正极(41)和所述汇流排负极(42)构造为铜排。
4.根据前述权利要求中任一项所述的汇流排组件(40)，其特征在于，
所述汇流排组件(40)包括第一共模电容(46)和第二共模电容(47)，其中，所述第一共模电容(46)布置在所述汇流排正极(41)和接地(70)之间，所述第二共模电容(47)布置在所述汇流排负极(42)和接地(70)之间。
5.根据前述权利要求中任一项所述的汇流排组件(40)，其特征在于，
所述汇流排组件(40)包括铁氧体磁芯(44)，所述铁氧体磁芯环绕所述汇流排正极(41)和所述汇流排负极(42)。
6.根据权利要求5所述的汇流排组件(40)，其特征在于，
所述铁氧体磁芯(44)圆环形或方环形地构造；和/或
所述铁氧体磁芯(44)的轴向延伸尺度小于所述汇流排正极(41)和所述汇流排负极(42)的水平延伸尺度。
7.根据权利要求5所述的汇流排组件(40)，其特征在于，
所述汇流排组件(40)包括绝缘层(45)，所述绝缘层分别布置在所述铁氧体磁芯(44)和所述汇流排正极(41)之间以及所述铁氧体磁芯(44)和所述汇流排负极(42)之间。
8.根据前述权利要求中任一项所述的汇流排组件(40)，其特征在于，
所述汇流排组件(40)还包括两个差模电感(48)，所述差模电感分别构造为缠绕在单独铁芯上的一个线圈绕组，所述线圈绕组分别以串联的方式与所述汇流排正极(41)和所述汇流排负极(42)电连接；和/或
所述汇流排组件(40)还包括共模电感(49)，所述共模电感构造为缠绕在共同的铁芯上的两个线圈绕组，所述线圈绕组分别与所述汇流排正极(41)和所述汇流排负极(42)电连接。
9.一种动力电池包(100)，其特征在于，所述动力电池包(100)至少包括：
-多个电池模组(10)；
-配电单元(30)，所述配电单元被配置成适于至少接收所述电池模组(10)的电能；
-电接触部(50)，所述电接触部被配置成适于将来自所述配电单元(30)的电能供应至电负载；和
-根据权利要求1至8中任一项所述的汇流排组件(40)，所述汇流排组件布置在所述配电单元(30)和所述电接触部(50)之间并且被配置成适于将来自所述配电单元(30)的电能引导至所述电接触部(50)。
10.根据权利要求9所述的动力电池包(100)，其特征在于，
所述动力电池包(100)具有汇流条(20)，所述汇流条布置在所述电池模组(10)和所述配电单元(30)之间并且被配置成将所述电池模组(10)的电能引导至所述配电单元(30)；和/或
所述动力电池包(100)具有壳体(60)，所述壳体构造为接地(70)；和/或
所述电接触部(50)具有屏蔽层，所述屏蔽层构造为接地(70)；和/或
所述配电单元(30)集成有以下部件中的至少一个：电池管理模块、继电器、熔断器、电流采集元件、预充电阻；和/或
所述动力电池包(100)使用在电动车辆中。
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