Область техники, к которой относится изобретение
Настоящее изобретение относится к узлу измерительной платы для аккумуляторных батарейных модулей, а более конкретно, к узлу измерительной платы, устанавливаемому в аккумуляторном батарейном модуле высокой выходной мощности и большой емкости, который имеет множество вторичных единичных элементов, установленных в нем так, что эти вторичные единичные элементы электрически соединены друг с другом для измерения напряжения и тока единичных элементов. Кроме того, настоящее изобретение относится к аккумуляторному батарейному модулю, включающему в себя такой узел.
Уровень техники
В последнее время аккумуляторную батарею, которая может быть заряжена и разряжена, широко используют в качестве источника энергии для беспроводных мобильных устройств. Кроме того, аккумуляторная батарея привлекает к себе значительное внимание в качестве источника питания для электромобилей и гибридных электромобилей, которые были разработаны для разрешения таких проблем, как загрязнение воздуха, вызываемое существующими автомобилями с бензиновыми и дизельными двигателями, в которых используется ископаемое топливо. Как результат, области применения аккумуляторных батарей расширяются вследствие преимуществ аккумуляторных батарей, и при этом ожидается, что в дальнейшем аккумуляторные батареи будут применяться в большем количестве областей и изделий, чем сейчас.
По мере того как расширяются области применения и виды изделий, в которых применима аккумуляторная батарея, также возрастает число разновидностей батарей, так что батареи могут обеспечивать выходные мощности и емкости, соответствующие разнообразным областям применения и изделиям. Кроме того, существует насущная необходимость в снижении размера и массы батарей, используемых в соответствующих областях применения и изделиях.
Например, в малогабаритных мобильных устройствах, таких как мобильные телефоны, персональные цифровые помощники (ПЦП), цифровые камеры и портативные компьютеры, для каждого устройства используется один или несколько малогабаритных легких элементов в соответствии со снижением размера и массы соответствующих изделий. С другой стороны, в средне- или крупногабаритных устройствах, таких как электровелосипеды, электромотоциклы, электромобили и гибридные электромобили, используется батарейный модуль (или «блок батарей»), имеющий множество электрически соединенных друг с другом элементов, поскольку в случае средне- или крупногабаритных устройств необходимы высокая выходная мощность и большая емкость. Размер и масса батарейного модуля непосредственно связаны с имеющимся для размещения пространством и выходной мощностью соответствующего средне- или крупногабаритного устройства. По этой причине изготовители стараются производить малогабаритные, легкие батарейные модули.
Обычный средне- или крупногабаритный аккумуляторный батарейный модуль изготавливают в конструктивном исполнении, при котором множество единичных элементов размещено в кожухе (корпусе), имеющем заранее заданный размер, а единичные элементы электрически соединены друг с другом. На наружной стороне кожуха установлено множество схемных блоков для измерения напряжения, тока и температуры единичных элементов и управления работой батареи.
Вследствие его конструктивных и пользовательских характеристик необходимо, чтобы средне- или крупногабаритный аккумуляторный батарейный модуль имел иную конструкцию, чем малогабаритная батарея.
В средне- или крупногабаритных аккумуляторных батарейных модулях для обеспечения высокой выходной мощности и большой емкости используется множество единичных элементов. В частности, для обеспечения высокой выходной мощности все или по меньшей мере некоторые из единичных элементов соединяют последовательно друг с другом. Поэтому, когда некоторые из единичных элементов повреждаются вследствие их перезарядки, переразрядки, перегрева, весь батарейный модуль в целом может загореться или взорваться в результате цепной реакции. Кроме того, нарушение нормальной работы некоторых единичных элементов может вызывать нарушение нормальной работы всего батарейного модуля в целом. По этой причине используется устройство для непрерывного измерения и регулирования напряжения и/или тока каждого единичного элемента и температуры всего батарейного модуля.
Обычно провода подключают непосредственно к электродным выводам единичных элементов или подключают к электрическим соединительным элементам электродных выводов, так что напряжение и/или ток единичных элементов можно измерять и регулировать посредством схемной детали, такой как система управления батареей (СУБ). Поэтому для измерения напряжения и тока единичных элементов необходимо большое число проводов, в результате чего процесс сборки батарейного модуля усложняется, а число дефектных (бракованных) батарейных модулей возрастает.
Обычно в качестве единичных элементов батарейного модуля используют прямоугольные элементы или пакетные элементы, которые могут быть уложены друг на друга стопкой с высокой степенью интеграции. Как правило, предпочтительно использовать в качестве единичных элементов пакетные элементы, поскольку пакетные элементы являются легкими и недорогими. Каждый пакетный элемент включает в себя электродный узел, который содержит катод, разделительную пленку и анод, установленные вместе с электролитом в герметичном пакетном корпусе, который выполнен из алюминиевого ламинированного листа. Пакетный элемент имеет конструкцию, в которой небольшие пластинчатые электродные выводы выходят из электродного узла наружу. Однако, когда эти небольшие пластинчатые электродные выводы электрически соединяют друг с другом, возникает несколько проблем. Обычно электродные выводы соединяют друг с другом сваркой, используя провода, металлические пластины или шины, но посредством сварки трудно электрически соединять пластинчатые электродные выводы друг с другом. Согласно известному уровню техники в печатной плате просверливают отверстия, необходимые для осуществления электрического соединения, электродные выводы единичных элементов вставляют в просверленные отверстия, а затем электродные выводы единичных элементов прикрепляют к печатной плате сваркой. Однако механическая прочность электродных выводов является низкой. В результате этого трудно точно вставить электродные выводы уложенных стопкой единичных элементов на заранее заданных местах и, в то же самое время, также трудно вставлять электродные выводы уложенных стопкой единичных элементов через просверленные отверстия печатной платы.
Кроме того, средне- или крупногабаритный аккумуляторный батарейный модуль используют в различных устройствах, таких как электровелосипеды, электромобили и промышленное оборудование. Эти устройства подвергаются воздействию большого числа значительных или небольших внешних сил. Поэтому необходимо, чтобы скрепление между компонентами батарейного модуля было устойчивым. Однако известные средне- или крупногабаритные аккумуляторные батарейные модули не могут в полной мере удовлетворять перечисленным выше необходимым условиям.
Сущность изобретения
Поэтому задача настоящего изобретения заключается в по существу устранении упомянутых выше проблем известного уровня техники, а также технических проблем, возникших в прошлом.
В частности, основная задача настоящего изобретения заключается в создании узла печатной платы, который способен измерять напряжение и ток единичных элементов.
Еще одна задача настоящего изобретения заключается в создании узла измерительной платы, который может быть использован для изготовления компактного батарейного модуля.
Еще одна задача настоящего изобретения заключается в создании узла измерительной платы, имеющего большую силу скрепления на электрически соединенных участках, что позволяет осуществлять простой процесс сборки с высокой надежностью.
Еще одна задача настоящего изобретения заключается в создании аккумуляторного батарейного модуля, включающего в себя описанный выше узел измерительной платы.
Согласно одному аспекту настоящего изобретения упомянутые выше и другие задачи могут быть решены путем создания узла измерительной платы, устанавливаемого в батарейном модуле высокой выходной мощности и большой емкости, который имеет множество установленных в нем вторичных элементов, для измерения напряжения, тока и/или температуры этих единичных элементов, причем узел измерительной платы содержит: соединительные элементы для электрического соединения электродных выводов единичных элементов друг с другом, причем каждый из соединительных элементов включает в себя соединительную выступающую часть, с помощью которой соединительные элементы соединены с печатной платой; и печатную плату, имеющую просверленные отверстия, через которые плотно вставлены соединительные выступающие части соединительных элементов, и с этими просверленными отверстиями соединены схемы.
Используя узел измерительной платы согласно настоящему изобретению, соответствующие электродные выводы единичных элементов, составляющих батарейный модуль, электрически соединяют друг с другом с помощью соединительных элементов, печатную плату устанавливают на соединительные элементы так, что соединительные выступающие части соединительных элементов вставляются через просверленные отверстия. Следовательно, можно легко изготовить батарейный модуль, который способен обеспечить возможность измерения напряжения и тока единичных элементов.
Соединительные выступающие части соединительных элементов могут быть плотно вставлены через просверленные отверстия печатной платы различными способами. Предпочтительно соединительные выступающие части соединительных элементов имеют длину, достаточную для того, чтобы выступать наружу из печатной платы после того, как соединительные выступающие части вставлены через просверленные отверстия и выступающие кончики соединительных выступающих частей скреплены с печатной платой пайкой, при этом достигаются надежное электрическое соединение и надежное механическое скрепление.
Соединительные элементы не ограничены особым образом, если только соответствующие электродные выводы единичных элементов могут быть соединены последовательно или параллельно друг с другом. Соединительные элементы выполнены из проводящего материала. В предпочтительном варианте воплощения настоящего изобретения соединительные элементы выполнены из металлической пластины, и соединительные выступающие части выступают от этой металлической пластины к печатной плате.
Предпочтительно узел измерительной платы дополнительно содержит изолирующие элементы, установленные между электродными выводами соседних единичных элементов для осуществления электрической изоляции между электродными выводами, причем изолирующие элементы скреплены с электродными выводами, а электрическое соединение между электродными выводами единичных элементов осуществляется с помощью соединительных элементов в то время, когда соединительные элементы скреплены с соответствующими изолирующими элементами. Используя изолирующие элементы, можно легко укладывать единичные элементы стопкой друг на друга в то время, как единичные элементы электрически изолированы друг от друга, и можно легко размещать соединительные элементы, которые используются для электрического соединения электродных выводов друг с другом.
Изолирующие элементы могут быть скреплены с электродными выводами различным образом. В предпочтительном варианте воплощения настоящего изобретения электродные выводы единичных элементов снабжены сквозными отверстиями, а каждый изолирующий элемент снабжен установочными выступами, которые соответствуют сквозным отверстиям. Соответственно, установочные выступы изолирующих элементов садятся в сквозные отверстия электродных выводов и поэтому достигается надежное скрепление между изолирующими элементами и электродными выводами. Предпочтительно установочные выступы также снабжены сквозными отверстиями, так что электродные выводы, расположенные друг над другом в то время, как между электродными выводами размещены изолирующие элементы, более надежно скрепляются друг с другом с помощью соединительных элементов, вставляемых через сквозные отверстия установочных выступов.
В предпочтительном варианте воплощения настоящего изобретения каждый из изолирующих элементов выполнен в форме прямоугольного блока, который согласован с зазором между электродными выводами уложенных стопкой единичных элементов. При укладке стопкой единичных элементов между электродными выводами создается зазор в форме прямоугольника. Поэтому прямоугольный блок, согласованный с этим зазором, является более устойчивым.
Более предпочтительно этот блок содержит две детали - сборочные единицы, сконструированные так, что эти детали - сборочные единицы могут быть скреплены друг с другом или отделены друг от друга, при этом катодный вывод единичного элемента скреплен с одной из деталей - сборочных единиц, тогда как анодный вывод единичного элемента скреплен с другой деталью - сборочной единицей.
Скрепление между соединительными элементами и соответствующими изолирующими элементами может быть осуществлено различным образом. В предпочтительном варианте воплощения настоящего изобретения каждый из соединительных элементов содержит: первую контактную соединительную деталь, соединенную с электродным выводом (а) одного единичного элемента (А); и вторую контактную соединительную деталь, соединенную с электродным выводом (b) другого единичного элемента (В), прилегающего к единичному элементу (А). Соединительные элементы могут быть скреплены с соответствующими изолирующими элементами таким образом, что соединительные элементы окружают соответствующие изолирующие элементы или же соединительные элементы могут быть вставлены в зацепляющие канавки, сформированные на изолирующих элементах. Когда электродный вывод (а) единичного элемента (А), соединенный с соответствующим соединительным элементом, отличается от электродного вывода (b) единичного элемента (В), соединенного с соответствующим соединительным элементом, электродные выводы соединены последовательно друг с другом. С другой стороны, когда электродный вывод (а) единичного элемента (А), соединенный с соответствующим соединительным элементом, идентичен электродному выводу (b) единичного элемента (В), соединенному с соответствующим соединительным элементом, электродные выводы соединены параллельно друг другу.
Более предпочтительно первую контактную соединительную деталь и вторую контактную соединительную деталь отделяют друг от друга, первую контактную соединительную деталь и вторую контактную соединительную деталь скрепляют с соответствующим изолирующим элементом так, что первая и вторая контактные соединительные детали соединены с соответствующими электродными выводами, и первую контактную соединительную деталь и вторую контактную соединительную деталь соединяют друг с другом с помощью проводящего элемента для осуществления электрического соединения между первой контактной соединительной деталью и второй контактной соединительной деталью после того, как первая и вторая контактная соединительные детали скреплены с соответствующим изолирующим элементом. Предпочтительно проводящий элемент представляет собой защитный элемент, такой как предохранитель, биметалл или элемент с положительным температурным коэффициентом сопротивления (ПТКС).
Когда описанные выше соединительные элементы раздельного типа используют во время сборки батарейного модуля, возможность коротких замыканий сильно уменьшается, поскольку электроды не соединены электрически друг с другом соединительными элементами. Кроме того, может быть присоединен защитный элемент, как описано выше, и можно выполнить процесс параллельного выравнивания для выравнивания начального состояния единичных элементов.
Как описывалось выше, печатная плата, которая является еще одним компонентом узла измерительной платы согласно настоящему изобретению, имеет множество просверленных отверстий, через которые плотно вставляются соединительные выступающие части соединительных элементов. Просверленные отверстия электрически соединены друг с другом с помощью схем (цепей), напечатанных на панельной части печатной платы. Обычно печатную плату изготавливают из композита эпоксидной смолы, хотя материал для печатной платы особым образом не ограничен.
Схемы, напечатанные на печатной плате, присоединены к схеме для измерения напряжения, тока и температуры батареи с целью управления работой батарейного модуля. Схема управления может быть включена в печатную плату или дополнительный элемент.
Согласно настоящему изобретению соединительные выступающие части соединительных элементов, которые имеют более высокую прочность, чем электродные выводы единичных элементов, соединены с печатной платой узла измерительной платы согласно настоящему изобретению. Поэтому, когда электродные выводы единичных элементов электрически соединяют с печатной платой, позиционная точность соединяемых участков является высокой, и, следовательно, процесс сборки осуществляется легко. Кроме того, сила скрепления в состоянии электрического соединения является высокой, и поэтому опасность коротких замыканий существенно уменьшается даже в том случае, когда к батарейному модулю прикладываются внешние силы, такие как вибрации и удары, во время использования этого батарейного модуля. Кроме того, для осуществления электрического соединения не используются провода, и поэтому конструкция батарейного модуля упрощается. В дополнение к этому узел печатной платы согласно настоящему изобретению скреплен с электродными выводами единичных элементов, при этом узел измерительной платы образован в форме пластины, и поэтому можно изготовить компактный батарейный модуль.
Согласно еще одному аспекту настоящего изобретения предложен средне- или крупногабаритный аккумуляторный батарейный модуль, включающий в себя описанный выше узел измерительной платы.
Например, батарейный модуль может содержать: пластину, на которой стопкой уложено друг на друга множество единичных элементов, которые являются заряжаемыми и разряжаемыми вторичными элементами; и схемные блоки для управления работой батареи.
Пластина не ограничена особым образом, если только эта пластина имеет конструкцию, в которой единичные элементы могут быть уложены стопкой друг на друга. Пластина может представлять собой кожух, имеющий приемную часть, соответствующую размеру единичных элементов, так что единичные элементы могут быть легко установлены в приемной части. Кожух может быть выполнен имеющим раздельную конструкцию, при которой верхняя и нижняя части уложенных стопкой единичных элементов закрыты кожухом.
В предпочтительном варианте воплощения батарейный модуль содержит: множество единичных элементов, которые представляют собой заряжаемые и разряжаемые вторичные элементы; прямоугольный нижний кожух, имеющий нижнюю приемную часть, к которой прикреплен узел основной платы, и верхнюю приемную часть, на которой последовательно один на другом стопкой уложены единичные элементы; прямоугольный верхний кожух, имеющий нижнюю приемную часть для закрывания верхнего конца единичных элементов, уложенных стопкой на нижнем кожухе; первый схемный блок для осуществления электрического соединения между уложенными стопкой единичными элементами, причем этот первый схемный блок включает в себя узел измерительной платы для измерения напряжения, тока и/или температуры батареи; второй схемный блок, электрически соединенный с первым схемным блоком, причем этот второй схемный блок включает в себя узел основной платы для управления батарейным модулем; и третий схемный блок, электрически соединенный со вторым схемным блоком, причем этот третий схемный блок имеет переключающие элементы для управления работой батареи, когда имеет место ненормальная работа батареи, такая как перезарядка, переразрядка, перегрузка по току или перегрев.
Батарейный модуль согласно настоящему изобретению имеет компактную конструкцию. В частности, ширина готового батарейного модуля приблизительно равна ширине или несколько больше ширины каждого единичного элемента, длина батарейного модуля больше длины каждого единичного элемента на сумму ширины первого схемного блока, который прикреплен к одной боковой поверхности батарейного модуля, и ширины третьего схемного модуля, который прикреплен к другой боковой поверхности батарейного модуля, а толщина батарейного модуля приблизительно равна сумме общей толщины уложенных стопкой единичных элементов, толщины второго схемного блока и толщин верхнего и нижнего кожухов. Следовательно, размер батарейного модуля согласно настоящему изобретению меньше, чем у любого обычного батарейного модуля, и поэтому батарейный модуль согласно настоящему изобретению может быть с выгодой установлен во внешних устройствах и установках, в которых применимо настоящее изобретение.
Единичные элементы особым образом не ограничены, если только эти единичные элементы представляют собой заряжаемые и разряжаемые вторичные элементы. Например, в качестве единичных элементов могут быть использованы литиевые вторичные элементы, никель-металлогидридные (Ni-MH) элементы или никель-кадмиевые (Ni-Cd) элементы. В качестве единичных элементов предпочтительно используются литиевые вторичные элементы, поскольку литиевые вторичные элементы имеют высокое отношение выходной мощности к массе. По своей форме литиевые вторичные элементы классифицируются на цилиндрические элементы, прямоугольные элементы и пакетные элементы. В качестве единичных элементов предпочтительно используются прямоугольные элементы и пакетные элементы, которые могут быть уложены стопкой с высокой степенью интеграции. Более предпочтительно в качестве единичных элементов используются пакетные элементы, масса которых небольшая.
Согласно настоящему изобретению верхний кожух и нижний кожух батарейного модуля отделены друг от друга. Поэтому в случае, когда возникает необходимость изменить емкость или выходную мощность батарейного модуля, между верхним кожухом и нижним кожухом добавляют или удаляют единичные элементы, в силу чего возможна гибкая конструкция батарейного модуля.
Как описывалось выше, схемные блоки, которые управляют работой батареи, соединены друг с другом таким образом, что эти схемные блоки окружают батарейный модуль согласно настоящему изобретению, и поэтому общий размер батарейного модуля сильно уменьшен.
Батарейный модуль согласно настоящему изобретению предпочтительно используют в средне- или крупногабаритной батарейной системе с высокой выходной мощностью и большой емкостью. Диапазон высокой выходной мощности и большой емкости особым образом не ограничен.
Например, батарейный модуль согласно настоящему изобретению может быть использован в качестве источника питания в различных областях применения и изделиях, в том числе источника питания для транспортных средств, таких как электрические велосипеды (электровелосипеды), электромотоциклы, электромобили или гибридные электромобили, и источника питания для различных областей применения и изделий, таких как промышленное и бытовое оборудование. Более предпочтительно батарейный модуль согласно настоящему изобретению используют в качестве источника питания для электровелосипедов, поскольку батарейный модуль выполнен имеющим компактную конструкцию.
Краткое описание чертежей
Указанные выше и другие задачи, признаки и прочие преимущества настоящего изобретения будут более отчетливо понятными из нижеследующего подробного описания в сочетании с сопровождающими чертежами, на которых:
фиг.1 представляет собой типичный вид в перспективе, иллюстрирующий батарейный модуль согласно предпочтительному варианту воплощения настоящего изобретения;
фиг.2 представляет собой вид спереди, иллюстрирующий печатную плату узла измерительной платы согласно предпочтительному варианту воплощения настоящего изобретения, с которой соединительный элемент не соединен;
фиг.3 представляет собой типичный вид, иллюстрирующий установку единичных элементов на нижний кожух батарейного модуля, показанного на фиг.1;
фиг.4 представляет собой типичный вид, иллюстрирующий изолирующий элемент сборного типа согласно предпочтительному варианту воплощения настоящего изобретения, который может быть использован в батарейном модуле согласно настоящему изобретению, до сборки этого изолирующего элемента;
фиг.5 представляет собой типичный вид, иллюстрирующий соединительный элемент раздельного типа согласно предпочтительному варианту воплощения настоящего изобретения, который может быть использован в узле измерительной платы согласно настоящему изобретению;
фиг.6 представляет собой типичный вид, частично иллюстрирующий соединение электродных выводов единичных элементов с использованием изолирующего элемента сборного типа, показанного на фиг.4, и соединительного элемента раздельного типа, показанного на фиг.5; и
фиг.7 представляет собой типичный вид, иллюстрирующий соединение печатной платы, показанной на фиг.2, после того, как завершено соединение электродных выводов единичных элементов, как показано на фиг.6.
Описание основных ссылочных позиций на чертежах
Подробное описание предпочтительных вариантов воплощения
Теперь со ссылками на сопровождающие чертежи будут подробно описаны предпочтительные варианты воплощения настоящего изобретения. Однако должно быть понятно, что объем настоящего изобретения не ограничен проиллюстрированными вариантами воплощения.
На фиг.1 представлен типичный вид в перспективе, иллюстрирующий батарейный модуль 100 согласно предпочтительному варианту воплощения настоящего изобретения.
На фиг.1 батарейный модуль 100 включает в себя верхний кожух 110, нижний кожух 120, множество единичных элементов 200, первый схемный блок 300, второй схемный блок 400 и третий схемный блок 500. Единичные элементы 200 уложены стопкой между верхним кожухом 110 и нижним кожухом 120, которые отделены друг от друга. Первый схемный блок 300 установлен на передней поверхности батарейного модуля 100, второй схемный блок 400 установлен на нижней поверхности батарейного модуля 100, а третий схемный модуль 500 установлен на задней поверхности батарейного модуля 100.
Поскольку верхний кожух 110 и нижний кожух 120 отделены друг от друга, число единичных элементов 200, которые могут быть уложены стопкой друг на друга, не ограничено верхним кожухом 110 и нижним кожухом 120. Следовательно, путем модификации первого схемного блока 300 и третьего схемного блока 500 в зависимости от числа уложенных стопкой единичных элементов 200 можно легко сконструировать батарейный модуль 100 так, чтобы этот батарейный модуль 100 имел необходимые электрическую емкость и выходную мощность. Кроме того, единичные элементы 200 открыты, и поэтому при зарядке или разрядке единичных элементов 200 осуществляется эффективное рассеяние теплоты.
Первый схемный блок 300 установлен на батарейном модуле 100 вблизи электродных выводов единичных элементов 200. Первый схемный блок 300 включает в себя узел измерительной платы согласно настоящему изобретению для соединения единичных элементов 200 параллельно или последовательно друг с другом и для измерения напряжения соответствующих единичных элементов 200.
Единичные элементы 200 посредством первого схемного блока 300 электрически соединены со вторым схемным блоком 400, который установлен на нижнем конце нижнего кожуха 120. Работой батарейного модуля управляет узел основной платы второго схемного блока 400.
Третий схемный блок 500, который электрически соединен со вторым схемным блоком 400, установлен на батарейном модуле 100 так, что третий схемный блок 500 находится напротив первого схемного блока 300. Третий схемный блок 500 является последним элементом батарейного модуля 100, под контролем которого находятся перезарядка, переразрядка и перегрузка батареи по току, и он соединен с внешним устройством (не показано). Перезарядка, переразрядка и перегрузка батареи по току могут регулироваться переключающими элементами (непоказанными), такими как элементы на полевых транзисторах, включенными в состав третьего схемного блока 500.
На фиг.2 представлен вид спереди печатной платы 600 узла измерительной платы согласно предпочтительному варианту воплощения настоящего изобретения, с которой соединительный элемент не соединен.
На фиг.2 печатная плата 600 представляет собой прямоугольный пластинчатый элемент. В центре печатной платы 600 сформирован широкий проем 610, и по одну сторону от этого широкого проема 610 в печатной плате 600 сформировано множество сквозных отверстий 620. С соответствующими сквозными отверстиями 620 соединены схемы 640, которые напечатаны на панельной части 630 печатной платы 600. Схемы 640 соединены с разъемами 650, которые сформированы на одном конце панельной части 630. Число разъемов 650 может быть выбрано в зависимости от числа схем 640, присоединяемых к разъемам 650. В левом верхнем конце и правом нижнем конце панельной части 630 сформированы относительно большие просверленные отверстия 622 и 624 соответственно, к которым присоединяют последние катодный и анодный выводы, когда единичные элементы (непоказанные) соединяют последовательно друг с другом. Точнее, к просверленным отверстиям 622 и 624 присоединяют последние катодный и анодный провода, которые используют для электрического соединения между единичными элементами, соединенными последовательно друг с другом.
Проем 610 предусмотрен для того, чтобы открыть соединенные участки электродных выводов единичных элементов, которые расположены напротив панельной части 630. В то время как печатная плата 600 установлена, на электродные выводы через проем 610 может быть установлен защитный элемент, такой как предохранитель, биметалл или элемент с положительным температурным коэффициентом сопротивления (ПТКС).
На фиг.3 представлен типичный вид, иллюстрирующий установку единичных элементов на нижний кожух батарейного модуля, показанного на фиг.1.
На фиг.3 нижний кожух 120 представляет собой конструкцию, имеющую размер, почти соответствующий внешнему виду единичного элемента 200. Нижний кожух 120 включает в себя верхнюю приемную часть 121, в которой размещают единичный элемент 200. Предпочтительно нижний кожух 120 изготовлен из пластичного полимера, такого как сополимер акрилонитрила, бутадиена и стирола (АБС), поликарбонат (ПК) или полибутилентерефталат (ПБТ), который обладает высокой прочностью и электрической изоляцией.
Единичный элемент 200, укладываемый на нижний кожух 120, представляет собой пакетный вторичный элемент, который имеет катодный вывод 220 и анодный вывод 230, выступающие из верхнего конца корпуса 210 элемента. На электродных выводах 220 и 230 сформированы соответственно сквозные отверстия 240. Дополнительные крепежные элементы, например болты 130, вставляют через сквозные отверстия 240 и крепежные отверстия 122, образованные в нижнем кожухе 120, в то время, когда укладывают стопкой единичные элементы 200 и 201, а затем на нижней поверхности нижнего кожуха 120 на болты 130 навинчивают гайки (не показаны). В результате единичные элементы 200 и 201 прижимают друг к другу.
Между электродными выводами 220 и 230 единичных элементов 200 и электродными выводами 220 и 230 единичных элементов 201 устанавливают изолирующий элемент 700 для осуществления электрической изоляции между единичными элементами 200 и 201. На изолирующем элементе 700 образованы выступы 710, которые садятся в сквозные отверстия 240 электродных выводов 220 и 230. В выступах 710 также образованы сквозные отверстия 720, и поэтому между болтами 130, вставленными через сквозные отверстия 720 выступов 710, и электродными выводами 220 и 230 поддерживается электрическая изоляция.
Кроме того, к корпусу 210 единичного элемента 200 прикрепляют двусторонние клейкие ленты 250, в результате чего между уложенными стопкой единичными элементами 200 и 201 гарантируется более устойчивое скрепление. Более того, уложенные стопкой единичные элементы 200 и 201 разнесены друг от друга на толщину двусторонних клейких лент 250. Зазор между уложенными стопкой единичными элементами 200 и 201 служит для компенсации изменения объема единичных элементов 200 и 201 в то время, когда эти единичные элементы 200 и 201 заряжаются или разряжаются, и для эффективного рассеяния теплоты, выделяющейся из единичных элементов 200 и 201 в то время, когда эти единичные элементы 200 и 201 заряжаются или разряжаются.
На фиг.4 представлен типичный вид, иллюстрирующий изолирующий элемент 700 сборного типа согласно предпочтительному варианту воплощения настоящего изобретения до сборки этого изолирующего элемента, который может быть использован в батарейном модуле согласно настоящему изобретению.
На фиг.4 изолирующий элемент 700 содержит: первую деталь - сборочную единицу 730, имеющую охватывающую соединительную часть 731, образованную на одной ее стороне; и вторую деталь - сборочную единицу 740, имеющую охватываемую соединительную часть 741, образованную на одной ее стороне так, что охватываемая соединительная часть 741 соответствует охватывающей соединительной части 731. Первая деталь - сборочная единица 730 и вторая деталь - сборочная единица 740 могут быть скреплены друг с другом или отделены друг от друга. Когда первая деталь - сборочная единица 730 и вторая деталь - сборочная единица 370 скреплены друг с другом, образуется изолирующий элемент 700 приблизительно в форме прямоугольного блока.
На наружных участках верхних концов соответствующих деталей - сборочных единиц 730 и 740 образованы установочные выступы 750, с помощью которых детали - сборочные единицы 730 и 740 скрепляют с другим изолирующим элементом (непоказанным), укладываемым на детали - сборочные единицы 730 и 740. В нижних торцевых поверхностях деталей - сборочных единиц 730 и 740 образованы установочные канавки 752, которые соответствуют установочным выступам 750. Кроме того, выступы 710 образованы на средних участках верхних концов соответствующих деталей - сборочных единиц 730 и 740 так, что эти выступы 710 садятся в сквозные отверстия (непоказанные) электродных выводов единичного элемента, как показано на фиг.3.
Сбоку второй детали - сборочной единицы 740 образована полая часть 743, с помощью которой соединительный элемент (непоказанный) скрепляют с изолирующим элементом 700, образованным путем объединения первой детали - сборочной единицы 730 и второй детали - сборочной единицы 740.
На фиг.5 представлен типичный вид, иллюстрирующий соединительный элемент 800 раздельного типа согласно предпочтительному варианту воплощения настоящего изобретения, который может быть использован в узле измерительной платы согласно настоящему изобретению.
На фиг.5 соединительный элемент 800 раздельного типа содержит: первую контактную соединительную деталь 810, которую соединяют с одним из электродных выводов единичного элемента (например, катодным выводом); и вторую контактную соединительную деталь 820, которую соединяют с другим электродным выводом единичного элемента (например, анодным выводом). Контактные соединительные детали 810 и 820 выполнены из проводящего материала и сформированы в форме пластины. На соответствующих контактных соединительных деталях 810 и 820 образованы зацепляющие канавки 812 и 822, в которые входят выступы 710 изолирующего элемента (см. фиг.4). Зацепляющая канавка 812, образованная на первой контактной соединительной детали 810, выполнена замкнутой по типу с тем, чтобы соответствующий выступ изолирующего элемента вставлялся в зацепляющую канавку 812 первой контактной соединительной детали 810 только сверху. С другой стороны, зацепляющая канавка 822, образованная на второй контактной соединительной детали 820, выполнена разомкнутой по типу с тем, чтобы соответствующий выступ изолирующего элемента вставлялся в зацепляющую канавку 822 второй контактной соединительной детали 810 как сверху, так и сбоку. Процесс сборки изолирующего элемента и соединительного элемента будет описан ниже со ссылкой на фиг.6.
На первой контактной соединительной детали 810 образована соединительная выступающая часть 815, которая выдается сбоку ее так, что в собранном состоянии эта соединительная выступающая часть 815 может быть присоединена к печатной плате 600 (см. фиг.2).
На соответствующих контактных соединительных деталях 810 и 820 образованы зацепляющие части 830 и 840 соответственно, которые плотно вставляются в полую часть 743 изолирующего элемента (см. фиг.4). Каждая из зацепляющих частей 830 и 840 включает в себя первый отогнутый участок 831, образованный путем загибания внутрь основной детали, которая изготовлена из пластинчатого материала, на заранее заданной высоте, и второй отогнутый участок 832, образованный путем вертикального загибания первого отогнутого участка 831. Поэтому зацепляющие части 830 и 840 могут упруго входить в зацепление в полую часть изолирующего элемента.
На фиг.6 представлен типичный вид, частично иллюстрирующий соединение электродных выводов единичных элементов с использованием изолирующего элемента сборного типа, показанного на фиг.4, и соединительного элемента раздельного типа, показанного на фиг.5. Конкретнее, на фиг.6 показано соединение единичных элементов 200 и 201 последовательно с использованием изолирующего элемента 700 и соединительного элемента 800.
На фиг.6 зацепляющие части 830 и 840 первой и второй контактных соединительных деталей 810 и 820 соединительного элемента плотно вставляют в полую часть 743 второй детали - сборочной единицы 740 изолирующего элемента. В частности, зацепляющую часть 830 первой контактной соединительной детали 810 вставляют в полую часть 743 зацепляющей частью 830 вверх, и пластинчатая основная деталь 814 покрывает нижние концевые поверхности первой детали - сборочной единицы 730 и второй детали - сборочной единицы 740. Когда первая контактная соединительная деталь 810 скреплена с изолирующим элементом, как описано выше, боковой отогнутый участок 831 зацепляющей части 830 перемещают внутрь вдоль нижней направляющей канавки 745, образованной заранее заданной длины на нижнем конце полой части 743. Когда зацепляющая часть 830 первой контактной соединительной детали 810 вставлена в полую часть 743 изолирующего элемента 700, первую контактную соединительную деталь 810 устанавливают на нижнюю концевую поверхность еще одного изолирующего элемента (непоказанного), не имеющего выступов. По этой причине зацепляющая канавка 812 образована замкнутой по типу.
С другой стороны, зацепляющую часть 840 второй контактной соединительной детали 820 вставляют в полую часть 743 зацепляющей частью 840 вниз, и пластинчатая основная деталь 824 покрывает нижнюю концевую поверхность второй детали - сборочной единицы 740. После того как вторая контактная соединительная деталь 820 скреплена с изолирующим элементом, как описано выше, боковой отогнутый участок 841 зацепляющей части 840 перемещают внутрь вдоль верхней направляющей канавки 744, образованной заранее заданной длины на верхнем конце полой части 743. Когда зацепляющая часть 840 второй контактной соединительной детали 820 вставлена в полую часть 743 изолирующего элемента 700, вторую контактную соединительную деталь 820 устанавливают на верхнюю концевую поверхность изолирующего элемента 700, имеющего выступы 712. По этой причине зацепляющая канавка 822 образована разомкнутой по типу.
Как показано на чертеже, две контактные соединительные детали 810 и 820 остаются отделенными друг от друга (показано состояние до скрепления) даже после того, как контактные соединительные детали 810 и 820 скреплены с изолирующим элементом 700. Первую контактную соединительную деталь 810 соединяют с катодным выводом 221 единичного элемента 201, скрепленным с нижней концевой поверхностью первой детали - сборочной единицы 730, а вторую контактную соединительную деталь 820 соединяют с анодным выводом 230 единичного элемента 200, скрепленным с выступом 712 второй детали - сборочной единицы 740.
Теперь будет описан процесс сборки изолирующего элемента и соединительного элемента.
Сначала скрепляют (S1) вторую контактную соединительную деталь 820 со второй деталью - сборочной единицей 740. Далее первую контактную соединительную деталь 810 скрепляют (S2) со второй деталью - сборочной единицей 740. Затем зацепляющую канавку 822 второй контактной соединительной детали 820, скрепленной со второй деталью - сборочной единицей 740, как описано выше, совмещают (S3) со сквозным отверстием 240 анодного вывода 230 единичного элемента 200. После этого первую деталь - сборочную единицу 730 скрепляют (S4) со второй деталью - сборочной единицей 740. В заключение, единичный элемент 200 устанавливают (S5) на изолирующий элемент 700 так, что выступ 710 садится в сквозное отверстие 240 катодного вывода 220, а выступ 712 садится в сквозное отверстие 240 анодного вывода 230. В это время катодный вывод 220 приводится в контакт с другой первой контактной соединительной деталью (непоказанной), скрепляемой сверху, в то время как катодный вывод 220 скрепляется с выступом 710. С другой стороны, анодный вывод 230 приводится в контакт со второй контактной соединительной деталью 820, которая скреплена с выступом 712.
Описанный выше процесс сборки является только примером возможного процесса сборки, и последовательность процесса сборки может быть частично изменена. Например, сначала может быть осуществлен этап (S4) скрепления первой детали - сборочной единицы 730 и второй детали - сборочной единицы 740.
На фиг.7 представлен типичный вид, иллюстрирующий соединение печатной платы, показанной на фиг.2, после того, как завершено соединение электродных выводов единичных элементов согласно показанному на фиг.6. Для удобства понимания пунктирными линиями только частично показаны только соединительные элементы, которыми электродные выводы единичных элементов соединяют друг с другом.
Когда соединительные элементы скрепляют с соответствующими изолирующими элементами, соединительные выступающие части 815 первых контактных соединительных деталей 810 ориентируют к печатной плате 600. Поскольку первые контактные соединительные детали 810 устойчиво фиксируются в положениях, соответствующих электродным выводам единичных элементов, соединительные выступающие части 815 также располагаются на своих предопределенных местах. Затем печатную плату 600 помещают на соединительные элементы 800 так, чтобы соединительные выступающие части 815 могли быть вставлены через просверленные отверстия 620 печатной платы 600, что составляет первый этап процесса сборки. После того как первый этап процесса сборки завершен, кончики соединительных выступающих частей 815 выступают из панельной части 630 через просверленные отверстия 620. Выступающие кончики соединительных выступающих частей 815 припаивают с тем, чтобы осуществить электрическое соединение и физическое скрепление между соединительными элементами 800 и печатной платой 600.
Даже после того, как скрепление между соединительными элементами 800 и печатной платой 600 осуществлено, контактные соединительные детали 810 и 820 остаются отделенными друг от друга, и поэтому контактные соединительные детали 810 и 820 не соединены электрически друг с другом. Следовательно, после того как сборка соответствующих элементов завершена, необходимо соединить контактные соединительные детали 810 и 820 защитным элементом или дополнительным проводящим элементом с тем, чтобы осуществилось электрическое соединение между контактными соединительными деталями 810 и 820. На фиг.7 показано электрическое соединение с использованием предохранителя 900, который является разновидностью защитного элемента.
Предохранитель 900 включает в себя корпус 910 предохранителя, имеющий область, которая может разрываться, когда происходит перегрузка по току или перегрев, и два соединительных вывода 920 и 930, выступающих из корпуса 910 предохранителя.
Упругие соединительные канавки 833 и 843 образованы в зацепляющих частях 830 и 840 первой и второй контактных соединительных деталей 810 и 820 в то время, как первая контактная соединительная деталь 810 и вторая контактная соединительная деталь 820 скреплены с изолирующим элементом 700. Соединительные выводы 920 и 930 предохранителя 900 вводят в соединительные канавки 833 и 843 зацепляющих частей 830 и 840, посредством чего осуществляют электрическое соединение между первой контактной соединительной деталью 810 и второй контактной соединительной деталью 820. Когда возникает перегрузка по току или перегрев соответствующего единичного элемента (непоказанного), предохранитель 900 разрушается. В этом случае вышедший из строя предохранитель 900 удаляют без разборки батарейного модуля и к первой контактной соединительной детали 810 и второй контактной соединительной детали 820 подключают новый предохранитель.
Хотя выше в иллюстративных целях были раскрыты предпочтительные варианты воплощения настоящего изобретения, специалистам в данной области техники должно быть понятно, что возможны различные модификации, дополнения и изменения без отступления от объема и сущности изобретения, раскрытого в сопровождающей формуле изобретения.
Промышленная применимость
Из приведенного выше описания понятно, что соединительные выступающие части соединительных элементов, которые имеют более высокую прочность, чем электродные выводы единичных элементов, соединены с печатной платой узла измерительной платы согласно настоящему изобретению. Поэтому, когда электродные выводы единичных элементов электрически соединяют с печатной платой, позиционная точность соединяемых участков является высокой, и, следовательно, процесс сборки осуществляется легко. Кроме того, сила скрепления на присоединенных участках в состоянии электрического соединения является высокой, и поэтому опасность коротких замыканий существенно уменьшается даже в том случае, когда к батарейному модулю в процессе использования этого батарейного модуля прикладываются внешние силы, такие как вибрации и удары. Кроме того, для осуществления электрического соединения не используются провода, и поэтому конструкция батарейного модуля упрощается. В дополнение к этому узел измерительной платы согласно настоящему изобретению скреплен с электродными выводами единичных элементов, причем этот узел измерительной платы выполнен в форме пластины, и поэтому можно изготавливать компактный батарейный модуль.
Следовательно, батарейный модуль согласно настоящему изобретению может быть использован различным образом в качестве батарейного модуля для средне- или крупногабаритных устройств, таких как электровелосипеды, электромобили и гибридные электромобили.
Изобретение относится к узлу измерительной платы для аккумуляторной батареи. Согласно изобретению узел измерительной платы содержит соединительные элементы для электрического соединения электродных выводов единичных элементов друг с другом, причем каждый из соединительных элементов включает в себя соединительную выступающую часть, с помощью которой соединительные элементы соединены с печатной платой, и эта печатная плата имеет просверленные отверстия, через которые плотно вставлены соединительные выступающие части соединительных элементов, и схемы, соединенные с просверленными отверстиями. Техническим результатом изобретения является создание батарейного модуля, устойчивого к внешним механическим воздействиям. 2 н. и 9 з.п. ф-лы, 7 ил.
изолирующие элементы, установленные между электродными выводами соседних единичных элементов для осуществления электрической изоляции между электродными выводами, причем изолирующие элементы скреплены с электродными выводами, при этом электрическое соединение между электродными выводами единичных элементов осуществлено с помощью соединительных элементов, в то время как соединительные элементы скреплены с соответствующими изолирующими элементами.
| US 6573688 В2, 03.01.2003 | |||
| Устройство для контроля аккумуляторной батареи | 1983 |
|
SU1092613A1 |
| US 6784642 В2, 31.08.2004 | |||
| US 6451473 В1, 17.09.2002. | |||
