本文的主题总体上涉及电气模块，并且更具体地涉及可移除地联接到电池分配组件的电气模块。诸如用于电动车辆或混合动力车辆的电池通常包括组合在一起作为电池组的多个电池。电池组包括电池分配组件，其管理电池组的功率容量和功能。电池分配组件可以安装在电池组的壳体内部或沿着壳体的外部安装。电池分配组件可以包括许多电气装置，例如至少一个功率继电器、至少一个预充电继电器、至少一个预充电电阻器、至少一个电容器、至少一个熔断器、电流传感器，和/或其他电子装置。
背景技术：
电池分配组件上的电气装置的可维修性(serviceablility)、安全性和热量管理存在问题。例如，在一些已知的电池分配组件中，电气装置难于接近以更换和/或修理电气装置中的一个或多个。电气装置可以设置在外壳的面向和/或邻接电池组的内表面上，或者可以设置在由外壳限定的内腔内。在任一种情况下，维修电池分配组件可能需要移除整个电池分配组件，这可能是复杂且耗时的。移除电气装置中的一个或多个进行修理或更换时，安全问题是关注的问题。当从一个或多个导体移除相应的电气装置时，操作人员可能无意中未切断流向一个或多个导体的电流，从而导致暴露的带电导体产生电击风险。如果电气装置在难以进入的位置安装到电池分配组件，风险会增加，因为操作人员在尝试拆卸或安装电气装置时可能会意外接触带电导体。现在提到热量管理，一些已知的电池分配组件中的电气装置在封闭区域中彼此靠近设置，例如在电池组的壳体内。电气装置可能会产生显著的热量，如果热量不能充分耗散，则可能会损坏电池分配组件。
仍需要提供一种电气模块和电池分配组件，其提供更好的热量管理、可维修性和/或安全性。
技术实现要素：
该问题由本文所述的配置为联接到电池分配组件的托盘的电气模块解决。该电气模块包括外壳、至少一个电流装置和多个端子。该外壳沿着托盘的外表面设置，并限定腔。该至少一个电路装置设置在外壳的腔内。该多个端子电连接到外壳内的至少一个电路装置。该端子从外壳突出并延伸穿过托盘中的对应的孔口，以电连接到沿着托盘的内表面设置的一个或多个电导体。
附图说明
现在将参照附图以举例的方式描述本发明，在附图中：
图1示出了根据示例性实施例形成的电池系统。
图2是根据实施例的电池系统的电池分配组件的分解图。
图3是根据实施例的电池分配组件的一部分的透视图，示出了安装到托盘的电气模块。
图4是图3所示的根据实施例的电气模块的透视图，其具有从基部分离的帽。
图5是图4所示的根据实施例的电气模块的透视图，其中外壳被移除。
图6是根据实施例的电气模块的底部透视图。
图7是根据实施例的电池分配组件的一部分的透视图，其包括靠近电气模块安装的维修断开模块。
具体实施方式
图1示出了根据示例性实施例形成的电池系统100。电池系统100包括包含在机架或外壳体104内的一个电池组102。电池组102可以是高压能量存储系统的一部分。例如，电池组102可用于机动车应用中，例如电动车辆或混合动力电动车辆的一部分。电池系统100包括电连接至电池组102的至少一个功率电路(例如，高电流功率电路和/或低电流功率电路)。
电池系统100还包括靠近电池组102安装的电池分配组件(BDA)108。BDA 108电连接到电池组102。BDA 108可以直接安装到外壳体104。BDA108可以在外壳体104的内部，或可以安装到外壳体104的外部。替代地，BDA 108可以安装到与电池组102间隔开的另一结构。例如，BDA 108可以定位为远离电池组102，并且可以是从中央位置管理单独的电池组102的集中式系统的一部分。
BDA 108可以例如通过监视和/或控制电池组102的功率(例如，电流)分配来管理电池系统100的功率容量和功能。BDA 108可以监控和调节流入或流出电池组102的电流。BDA 108可将高电流功率电路和/或低电流功率电路电连接至电池组102。BDA 108可以测量电池组102的电池健康和/或电池状态和/或对电池组102的电池健康和/或电池状态做出反应。另外，BDA108可以监视电池组102的过电压和/或低电压情况或对电池组102的过电压和/或低电压情况做出反应。BDA 108可以对电池组102的温度变化做出反应，和/或可以管理电池组102的充电功能。
在所示的实施例中，电池组102包括容纳在外壳体104内的多个电池单元114。电池单元114可以是任何类型的电池单元。例如，电池单元114可以是袋式电池单元或棱柱式电池单元。在替代实施例中，可以使用其他类型的电池单元。可选地，电池单元114可以是以堆叠配置布置的窄板。可以在电池组102中设置任何数量的电池单元114。每个电池单元114可以在电池组102内通过的适当的电气连接而电连接到BDA 108。例如，电线106可以从BDA 108延伸，以将BDA 108电连接到电池组102。
BDA 108包括托盘110，其保持多个电路装置(通常以112示出)和多个电导体(如图2所示)。托盘110具有外表面118和内表面120。外表面118背离电池组102面向外。内表面120设置在电池组102和外表面118之间。在所示的实施例中，内表面120与外表面118相反，且面向电池组102。电路装置112沿着外表面118保持。因此，电路装置112可以暴露于耗散由电路装置112产生的热量的环境空气。尽管未在图1中示出，但托盘110保持多个电导体116(如图2所示)，例如导电母线(bus bar)、端子、插座、连接器等。电导体116沿着内表面120设置。托盘110可以由电介质材料制造，例如一种或多种塑料或其他聚合物。
图2是根据一个实施例的BDA 108的分解图。在所示的实施例中，托盘110是具有上外壳130和下外壳132的两件式外壳。如本文所使用的，诸如“顶部”、“底部”、“上部”、“下部”、“第一”、“第二”、“左”和“右”的相对或空间术语仅用于区分所引用的元件，并且不一定要求在BDA108中相对于重力的或在BDA 108的周围环境中的特定位置或取向。上外壳130配置为联接到下外壳132。下外壳132包括安装凸缘134，用于将BDA 108安装到外壳体104(如图1所示)。BDA 108配置为安装到外壳体104，使得下外壳132安装到外壳体104的外部，并且上外壳130通过下外壳132与外壳体104间隔开。
托盘110的外表面118由上外壳130的顶侧122限定。托盘110的内表面120可以由上外壳130的底侧124限定，或者替代地，可以由下外壳132的顶侧126限定。例如，当上外壳130和下外壳132彼此联接时，托盘110可以在上外壳130的底侧124与下外壳132的顶侧126之间限定内室128。电导体116中的至少一些由托盘110保持在底侧124和顶侧126之间的内室128内，使得这些电导体116沿着底侧124和顶侧126两者设置。内室128内的电导体116可以接合并固定到上外壳130的底侧124、下外壳132的顶侧126、或底侧124和顶侧126两者。如本文所使用的，第一构件可以“沿着……设置”，而不必机械地接合第二构件。在替代实施例中，托盘110可以是单个的一体外壳，使得托盘110具有在顶侧(其限定外表面118)和底侧(其限定内表面120)之间延伸的厚度。
上外壳130保持多个电路装置112。例如，所示的实施例中的电路装置112包括一对功率继电器142、预充电继电器146、预充电电阻器148和一对熔断器150。在替代实施例中，可以使用其他类型的电气装置112，例如电容器和传感器。电路装置112控制和/或监视通过由BDA 108限定的(一个或多个)功率电路的电流。电气装置112的定位可以具有设计为最小化BDA108的足印的布局。在示例性实施例中，熔断器150被封装在电气模块136中。出于安全目的，电气模块136将熔断器150容纳在内部隔室中，以限制对熔断器150的接近。尽管在所示的实施例中，电气模块136容纳熔断器150，但在其他实施例中，作为一个或多个熔断器150的附加或替代，电气模块136容纳其他电路装置112。
下外壳132保持多个电导体116。电导体116可以包括导电母线138，例如带状母线。母线138用于使电气装置112电互连，并且还可以电互连电池单元114(如图1所示)。例如，母线138限定对应的电气装置112之间的电路径。母线138在安装到上外壳130的对应的电气装置112之间在内室128内布线。每个母线138可以由切割成一定长度并弯曲成预定形状的导电(例如，金属)线圈带或面板形成。母线138可以具有沿其长度的矩形横截面。电导体116还包括与母线138相关联的端子、连接器和/或插座。端子、连接器和/或插座支撑母线138，并提供母线138和电气装置112之间的电连接。母线138可以在结构上被支撑，使得母线138大致垂直取向。例如，母线138的宽侧140横向(例如垂直)于由下外壳132的顶侧126限定的平面延伸。当上外壳130联接至下外壳132时，沿着上外壳130的顶侧122的电气装置112经由端子、连接器、插座等电连接至对应的母线138。可选地，下外壳132可以保持一个或多个电气装置112，例如Y电容器154和传感器158。可选地，上外壳130可以保持一个或多个母线138。
图3是根据一个实施例的BDA 108的一部分的透视图，示出了安装到托盘110的外表面118的电气模块136。电气模块136包括外壳202和保持在外壳202内的至少一个电路装置112(如图2所示)。外壳202在顶部204和底部206之间延伸。外壳202的底部206沿着托盘110的外表面118的凸起平台118A设置。凸起平台118A是可选的，因为在另一个实施例中，外壳202可以沿着外表面118的平面(非凸起)部分设置。在所示的实施例中，外壳202具有带圆边的立方体形状，但在其他实施例中，外壳202可具有其他形状，例如立方体、圆柱体、圆锥体、棱柱体、金字塔等。外壳202包括基部208和帽210。基部208限定外壳202的底部206，并且帽210限定顶部204。帽210固定到基部208，以密封外壳202内的至少一个电路装置112。帽210可以侧向地凸出超出基部208的一个或多个外侧214以限定唇部216。当相对于托盘110安装和移除电气模块136时，唇部216可以由操作人员接合以帮助抓握外壳202。
在实施例中，电气模块136可移除地联接到托盘110，以便选择性地移除和更换电气模块136。例如，外壳202(包括基部208和帽210)可从托盘110的凸起平台118A移除。外壳202可以限定至少一个安装孔212，其从顶部204到底部206完全穿过外壳202延伸。图3中仅示出了一个安装孔212。安装孔212配置为接收的紧固件(未示出)，以将电气模块136可移除地联接或固定到托盘110。紧固件可以是配置为延伸到托盘110中的孔160(如图5所示)中的螺钉、螺栓、销等。替代地或附加地，电气模块136可以经由与外壳202接合的夹具、闩锁、凸片(tab)等联接到托盘110，以阻止电气模块136相对于托盘110在卸载或解联接方向上的运动。
图4是图3所示的根据实施例的电气模块136的透视图，其具有从基部208分离的帽210。外壳202限定腔218，该腔218在其中接收至少一个电路装置112。在所示的实施例中，基部208限定腔218的大部分。例如，基部208限定限定了腔218的侧面的内侧壁220的至少大部分。基部208在顶侧222和底侧224之间延伸。腔218沿着基部208的顶侧222限定，并且朝向底侧224向下延伸。当电气模块136被组装时，帽210被固定到基部208的顶侧222。帽210具有邻接基部208的顶侧222的接口表面226。当被密封时，帽210的接口表面226限定腔218的内顶壁。
在所示的实施例中，腔218内的至少一个电路装置112是一对熔断器150。在实施例中，熔断器150是高电流熔断器。替代地，熔断器150可以是低电流熔断器。另外，在一实施例中，熔断器150不是可复位的熔断器。因此，一旦熔断器150中的一个检测到故障状态(例如，超过指定阈值的电压或电流)并断开相应的电路，则一旦故障状态被移除，该熔断器150不会单方面地返回或复位到导通状态。而是，熔断器150可以通过更换容纳熔断器150的电气模块136来更换。尽管图3是关于腔218内的一对熔断器150示出和描述的，但在其他实施例中，作为一个或多个熔断器的附加或替代，电气模块136内的至少一个电路装置112可以是一个或多个继电器、电阻器、电容器等。
可选地，基部208可以限定将腔218分成多个分立的子腔的一个或多个分隔壁。在所示的实施例中，一个分隔壁228平分腔218以将两个子腔218A、218B限定到分隔壁228的侧面。子腔218A、218B的尺寸各自适应熔断器150中对应的一个。安装孔212通过分隔壁228限定。因此，安装孔212与熔断器150(在所示实施例中，其限定电路装置112)侧向间隔开，因此接收在安装孔212中的紧固件不会干扰熔断器150在腔218中的操作。
在一实施例中，帽210不可移除地结合到基部208，使得至少一个电路装置112永久地包含在所述外壳202的腔218内。因此，外壳202内的熔断器150或其他电路装置112不易接近，这减少了由于干预而造成损坏或电击的风险。由于电气模块136设置在托盘110的外表面118上，所以电气模块136本身可以容易被机械师/修理工接近。但是，电气模块136内的电路装置112通过在电路装置112周围密封的外壳202与机械师隔离。如本文所使用的，“不可移除地”表示帽210配置为不能使用简单的常规方法和/或用于分离两个电介质体的工具(例如螺丝刀，手力等)从基部208移除。然而，可以认识到，在帽210被结合到基部208之后，可以成功地使用用于分离两个电介质体的非常规工具(诸如径向锯)来将帽210从基部208分离。
帽210可以通过一种或多种粘合剂、焊接、钎焊等结合到基部208。在所示的实施例中，帽210的接口表面226限定以闭合环路延伸的凸起焊珠(bead)230。焊珠230配置为接合基部208的顶侧222。更具体地说，焊珠230接合(例如围绕)腔218的径向外部的顶侧222的部分，使得腔218在由焊珠230限定的闭合环路的径向内部(并且不交叉)。焊珠230配置为焊接到顶侧222以密封腔218。将帽210结合到基部208可以气密地密封腔218以防止碎片、水分和其他污染物进入腔218，这否则可能会损坏或劣化其内的电路装置112。
可选地，帽210可以包括从帽210的接口表面226延伸的一个或多个托架232。在所示的实施例中，托架232与熔断器150对齐，并具有凹入接合表面234。当帽210被放置在基部208的顶侧222上时，两个托架232被接收在对应的子腔218A、218B中。凹入接合表面234与熔断器150的凸出周界互补，并且可以接合熔断器150以减少或消除熔断器150相对于外壳202的移动。
腔218内的至少一个电路装置112接收电流供应以便进行操作。至少一个电路装置112的操作在腔218内产生热量。如图所示，例如，如果电路装置112是高电流和/或电压熔断器150，则热量可能是显著的。在一实施例中，外壳202由既电绝缘又导热的电介质材料形成。例如，外壳202的电介质材料可以是陶瓷材料。可选地，电介质材料可以包括分散在一种或多种塑料或其他聚合物内的高导热率填料。高导热率填料可以包括氧化铝、氮化铝、氮化硼、氮化硅、氧化铍、金刚石等中的一种或多种。电介质材料的导热性质允许外壳202将腔218内的热量通过壁传递到外部环境。
现在回到图3，电气模块136可选地沿外壳202的至少一个外部表面限定散热器(heat sink)236。散热器236通过增加外壳202的与流过托盘110的外表面118的环境空气接触的表面积来增加远离电气模块136的热耗散。在所示的实施例中，散热器236设置在帽210上。散热器236包括至少一个从帽210的顶表面240(与图4中所示的接口表面226相反)凸出的长形翅片238。在所示的实施例中示出了六个翅片238，但是在其他实施例中，帽210可以具有翅片238的其他数量和/或布置。
图5是图4所示的根据实施例的电气模块136的透视图，其中外壳202被移除。在所示的实施例中，腔218内的至少一个电路装置112(如图4所示)电连接到腔218内的多个刀片端子(blade terminal)242。刀片端子242是平面导体，其沿着托盘110的内表面120(图1)在至少一个电路装置112和一个或多个对应的电导体116(如图2所示)之间提供导电信号路径。例如，刀片端子242经由托盘110中的对应的孔口244从外壳202通过托盘110延伸。在所示的实施例中，两个熔断器150中的每一个都是圆柱形的，并且在第一端246和第二端248之间延伸。熔断器150在两个端部246、248处具有套圈250。两个熔断器150的每个套圈250电连接到对应的刀片端子242。因此，在所示的实施例中，电气模块136包括四个刀片端子242，但只有连接到熔断器150的第一端246的两个可见。刀片端子242在近端252和远端254(如图6所示)之间延伸。近端252电连接到相应的熔断器150的对应的套圈250。刀片端子242延伸穿过托盘110，使得每个刀片端子242的远端254能够沿着内表面120接合对应的电导体116。
图6是根据实施例的电气模块136的底部透视图。外壳20的底部206由基部208的底侧224限定。电气模块136的刀片端子242从外壳202向外突出，以便延伸穿过托盘110(图5)的孔口244(如图5所示)。更具体地说，刀片端子242经由限定在底侧224中的对应的槽256从基部208的底侧224突出。在所示的实施例中，刀片端子242的远端254配置为接合并电连接到图2所示的各种母线138。远端254可以经由端子、插座、连接器等电连接到对应的母线138。
在一实施例中，电连接到同一熔断器150(如图5所示)的两个刀片端子242配置为电连接到不同的母线138。例如，第一刀片端子242A和第二刀片端子242B连接到两个熔断器150中的一个，并且第三刀片端子242C和第四刀片端子242D连接到另一个熔断器150。第一刀片端子242A的远端254配置为接合并电连接到第一母线138A(在图6中示意性地示出)，而第二刀片端子242B配置为电连接到第二母线138B。第三刀片端子242C电连接到第一母线138A(在相对于第一刀片端子242A间隔开的位置处)，而第四刀片端子242D电连接到第三母线138C。由于连接到同一相应的熔断器150的两个刀片端子242电连接到不同母线138，所以熔断器150和刀片端子242在两个不同的母线138之间限定导电电路路径。例如，第一刀片端子242A和第二刀片端子242B及与其关联的第一熔断器150在第一母线138A和第二母线138B之间限定电路路径。类似地，第三刀片端子242C和第四刀片端子242D及与其相关联的第二熔断器150在第一母线138A和第二母线138C之间限定电路路径。
在一实施例中，电气模块136还包括可压缩垫圈260。垫圈260在底部206(例如，基部208的底侧224)和托盘110(图3)的外表面118(图3)的凸起平台118A(图3)之间限定的接口262(如图3所示)处沿着外壳202的底部206设置。垫圈260可以由可压缩聚合物材料形成，例如聚合物泡沫、凝胶垫或可变形塑料。在所示的实施例中，垫圈260邻接基部208的底侧224，并且共同围绕安装孔212和通过其接收刀片端子242的槽256。垫圈260限定闭合环路，该闭合环路共同围绕底侧224中的所有开口。因此，当电气模块136被安装到托盘110并且垫圈260被压缩在基部208的底侧224与托盘110的外表面118之间时，垫圈260密封接口262以防止或至少阻止诸如污垢和水气的污染物通过安装孔212或其中一个槽256进入腔218(如图4所示)。垫圈260可选地可以是分立部件，其与外壳202分离，并且使用粘合剂、通过干涉配合等组装到外壳202上。替代地，垫圈260可以是在外壳202的底侧224上原位形成的外壳202的一体层。
图7是根据实施例的BDA 108的一部分的透视图，其包括靠近电气模块136安装的维修断开模块(SDM)270。SDM 270可选择性地在可操作配置和不可操作配置之间致动。处于可操作配置中的SDM 270闭合或形成电源电路以允许向电气模块136供应电流(和通过电源模块136供应电流)。处于不可操作配置的SDM 270打开或断开电源电路以防止向电气模块136供应电流。当SDM 270或其部件未被安装到托盘110时，SDM 270处于不可操作配置。当SDM 270及其所有部件被安装到托盘110时，SDM 270可以处于可操作配置。SDM 270可选地包括配置为接合托盘110(或其部件)的锁定杠杆272。使锁定杠杆272相对于托盘110在闭合方向上枢转或旋转，这将SDM 270固定到托盘110。可选地，当锁定杠杆272旋转闭合时，SDM270被拉向托盘110至完全安装位置。另外，随着锁定杠杆272在打开方向上旋转打开，SDM 270被推离托盘110，使得SDM 270不再处于完全安装位置。仅当锁定杠杆272闭合且SDM 270处于完全安装位置时，SDM 270才可选地处于可操作配置。
在一实施例中，SDM 270包括在电气模块136的外壳202的顶部204上延伸的臂274。臂274侧向延伸以桥接沿着托盘110将SDM 270与电气模块136分开的距离。当SDM 270处于可操作配置时，臂274配置为机械地阻止从托盘110移除电气模块136。例如，电气模块136可以配置为通过相对于托盘110在断开方向276上移动电气模块136而从托盘110移除或断开。臂274接合外壳202的顶部204以限制电气模块136在断开方向276上的这种移动。尽管示出了一个臂274，但SDM 270可以包括在外壳202上延伸的多个臂。在所示的实施例中，外壳202没有翅片238(如图3所示)，但是臂274可以配置为在图3所示的实施例的外壳202的翅片238之上或之间延伸，使得在臂273和翅片238之间存在间隙。
在所示的实施例中，臂274在用于将电气模块136联接到托盘110的外壳202的安装孔212(如图3所示)上延伸。因此，臂274还可以阻挡对安装孔212内的紧固件的接近。在实施例中，SDM 270必须与托盘110断开，以便移动臂274并且减轻由臂274引起的对电气模块136的阻碍。移动臂274提供对安装孔212中的紧固件的接近，以及(在松开紧固件之后)在断开方向276上移动电气模块136的能力。由于SDM 270配置为当与托盘110断开时处于不可操作配置，因此当臂274未处于在外壳202上延伸的阻挡位置时，电气模块136不接收电流。SDM 270的臂274是一安全特征，该安全特征在SDM 270处于可操作配置并且电流被供应到电气模块136时，防止电气模块136能够从托盘110移除。这种安全特征可以有助于减少由于电火花引起的对电气部件的损坏，并减少由于电击而引起的对人员的伤害。
应该理解的是，以上描述旨在是说明性的而不是限制性的。例如，上述实施例(和/或其方面)可以彼此组合使用。另外，在不脱离其范围的情况下，可以作出许多修改以使特定情况或材料适应本发明的教导。本文描述的尺寸、材料类型、各种部件的取向、以及各种部件的数量和位置旨在限定某些实施例的参数，并且绝不是限制性的，并且仅仅是示例性实施例。在阅读以上描述后，在权利要求的理念和范围内的许多其他实施例和修改对于本领域的技术人员将是显而易见的。因此，本发明的范围应该参照所附的权利要求以及这些权利要求的等同物的全部范围来确定。