CN102668165A - 借助于电池连接器电联接电池组的电池的装置和具有这种电池连接器的电池组 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及用于借助于电池连接器(15)电联接电池组(11)的电池(12)的装置和具有这种电池连接器(15)的电池组(11),其特征在于,根据相互联接的电池电极(13)的几何规格,至少一个在组装框架(17)中待锁定在电池组(11)上的组装板(16)配备有相对于彼此电绝缘的电池连接器(15),各电池连接器分别具有柔性的弓形板(19),用于使其拱顶区域(23)弹性贴靠电池电极(13)的端面(26),由此实现易于组装且功能可靠。以侧翼弯曲弹簧式地支承到组装板(16)上的弓形板(19)是冲压格栅的一部分,其还包括与弓形板一件式连接的导体线路(32),例如用于连接电池组管理系统。优选地,在弓形板拱顶区域(23)内冲出孔(25),在组装板(16)安装到电池(12)上之后各弓形板(19)沿所述孔的轮廓力锁合或材料锁合地连接于、特别是激光焊接到电池电极端面(26)。为此,组装板(16)具有与所述孔(25)同轴的比所述孔大的通孔(27)。
Description
技术领域
本发明涉及按照独立权利要求的相应的前序部分的一种用于借助于电池连接器电联接电池组的电池的装置和一种电池组,特别是作为用于电机牵引和固定式应用的蓄能器。
背景技术
电池连接器由WO2009/080148A2已知采用在待串联成电池组的各个电化学电池的彼此相邻的不同极性的电池电极之间的两端穿孔的坚固的大电流搭接横条的形式。在每一电池连接器的各孔中装入补偿套筒,该补偿套筒的外径小于相应的孔、轴向长度大于相应的孔。电池的自由伸出的电极嵌入到这些套筒中。在此每一补偿套筒在其孔内根据由制造引起的电极位置公差而偏移。接着,这样单独定位的补偿套筒一方面与其电池电极、另一方面与电池连接器焊接。由于经由首先仍可在电池连接器中偏移的套筒的公差补偿,电池由此虽然无机械力引入地相互联接;但如果电池电极在套筒焊接固定之后因操作发热而引起偏移,则由于坚固的电池连接器,仍然面临很大破坏力的危险。此外,这样的电池联接没有设立电池管理,也没有附加地使用单独地连接到各电池电极上的测量和控制导线。
上述缺点在DE19810746B4中通过电路板消除。在该电路板上构成的导体线路从沿着该板的边缘放置的电池电极通到该板的配备有用于电池管理的电路的中心区域,并通到用于使各个电池的负荷状态相互平衡的分路以及通到作为数据接口的复式插头。导体线路在各板孔中产生接触地插入到在一平面内终止的电池电极上。钻孔的横条状的电池连接器插入到每两个电池电极上,并且该由电池连接器和在其下面设置的电路板构成的双层设置结构最后通过螺纹接合在电池电极上而抵靠电池端部紧固。因为电路板总是在多次重复的支承下刚性地拧紧在坚固的电池连接器与电池端部之间,而电池的由操作引起的振荡和取决于温度的力经由该板对电池连接器产生作用,因此对于电路板选择柔性材料。但该柔性材料特别是在电极螺纹接合部的紧密邻近处引起导体线路断裂的危险,并因此由于在这种情况下不再具有功能良好的电池管理而引起这种牵引蓄能器的所有电池组失效的危险。
发明内容
在上述情况的认识下,本发明的技术目的在于提供这种类型的利用能简单操纵的电极连接技术的操作可靠的装置,其也为结合用于电池管理的措施开创在操纵技术方面有利的可能性。
该目的利用独立权利要求的特征实现。
电池连接器可以分别基本上设计为由导电材料构成的柔性弓形板,根据两个待联接的电池例如以其延伸轮廓彼此对准的相互设置结构,这些弓形板在其连接区域内可以固定在由电绝缘材料构成的组装板上。每一弓形板可以以其远离连接区域的自由端特别是可移动地弯曲弹性地支承在组装板上。通过将组装板连同其电池连接器安装到、特别是压到各电池上并且必要时附加地锁定到或以任何其他方式固定到各电池上,按照电池电极设置结构的几何形状固定在组装板上的所有电池连接器可以基本上同时连接于各电池电极。电池电极的由振荡或操作温度引起的偏移或位置改变可以得到补偿。例如,由于在弹性顺从的弓形板的拱顶两侧的侧翼耸起或展平而引起的位置改变可以通过使其类似于弯曲弹簧的支承抵靠组装板的自由端偏移而消除或补偿。也可能的是,位置改变通过在弓形板与连接区域之间的弹簧弹性的特别是曲折状的结构补偿。由此,可以有效地避免关键破坏性的压力负荷或弯曲负荷从电池连接器经由电池电极引入到电池中。
符合目的地,每一弓形板(只要存在)优选在其从组装板升高的中心区域或拱顶区域内具有一孔,该孔的面积优选小于电池电极的端面,从而在将组装板放置到电池组上时孔边缘压到电池电极的端面上。组装板本身具有与这些孔同轴的具有略微较大直径的通孔,各电池连接器的弓形板可以通过这些通孔最后在其孔边缘上与各电池电极的端面材料锁合地连接、特别是激光焊接或钎焊。
符合目的地,这些特别是复式弓状地构成的电池连接器由具有足够的弹簧特性和电流传导特性的板材制造,例如由钢板或优选由铜、铜合金、铝或铝合金制造。优选地,各电池连接器被冲压同时制出孔,并且只要希望,在此在孔两侧的周围区域从其原来的平面拱起到弓形板。
在此优选地,导体线路的冲压格栅同时由例如制造各电池连接器的板材的材料冲压而成,从而各导体线路分别以一端一件式连接地保持到电池连接器的各弓形板之间的中心区域上。特别是,在各导体线路的另一端上可以构成插销,例如用于将测量和控制电路连接到各电池电极上以进行电池管理。
附图说明
在本发明的范围内的另外的可替代方案和扩展结构由其他的权利要求给出,并且关于其优点也由以下对优选的比例大致正确缩小绘出的各实施例的描述得出。在附图中。
图1示出由平行设置的圆柱形电池构成的电池组的分解图,所述电池包括在其相互对置的端部上伸出的并借助于柔性的电池连接器在上面或下面的组装板上分别串联电连接的电池电极,
图2示出图1的配备有电池连接器的(在这里下面的)组装板的局部的视图,
图3示出由配备有(在这里上面的)组装板的电池构成的电池组的斜视图,
图4示出具有相对于图2或图5改变的纵剖面几何形状的柔性的电池连接器,
图5示出图2的配备有焊接连接件的电池连接器,
图6示出电池连接器的另一实施形式,以及
图7示出包括图6的电池连接器的组装板的另一实施形式。
具体实施方式
电池组11具有多个例如圆柱形的轴线平行地安装的电池12,这些电池的电池电极13在此在相应的电池12的相互对置的端部14上从该端部伸出,并同时以该电池电极的端面26基本上分别位于一上面或下面的平面内。在此,在这里成两排设置的电池12被定向为使得在各电池电极13上交替的极性+/-地彼此相邻。
对于以下关注的各电池12的电串联连接,为了获得各电池的总电压作为电池组11在其电池接头30上的输出电压,这些电池电极13中的每两个彼此不同极性+/-相邻的电池电极借助于按照本发明的装置的柔性的大电流电池连接器15联接。如图1中绘出的,这些电池连接器15以这样的几何顺序相对于彼此电绝缘地设置在两个优选以塑料注塑成型制成的组装板16上(也参见图2),使得这些电池连接器通过组装板16朝电池12的上面或下面的端部14的方向的推压而贴靠电池电极13的端面26。利用配备有两个弓形板电池连接器15的组装板16的简单操纵,电池端部14的所有电池电极13不间断地电串联连接。
如由图3的视图可知,各电池12在两个端部14的每一个上分别在由电绝缘的塑料成型注塑的组装框架17中形锁合和力锁合地相对于电池组11定位和固定。组装框架17配备有成形的固定装置18、例如如绘出的边缘侧的锁定钩,用于固定组装板16。因此在各电池连接器15柔性贴靠各电池电极端面26的作用下,该组装板被简单地压到固定装置18之间直到锁定到组装框架17中。这也可以无困难地通过较简单设计的自动组装机实现。
按照例如图2,用于该串联连接技术的每一电池连接器15具有两个弓形板19,所述弓形板在这里按照不同极性的电池电极的彼此相邻的设置结构而在其弓形板延伸轮廓中相互对准、从以塑料注塑成型制成的组装板16的面向电池的表面平面内弹性拱起。这些弓形板在其安置在组装板16上的连接区域或中心区域20内固定在组装板16上,例如通过铆钉式地热冲压伸出组装孔21的销而固定。各销(在附图中不可见)成形在组装板16的该连接侧的表面上。在相应的电池连接器15的与在各弓形板19之间的连接区域20对置的两个自由端22中,该电池连接器的弓形板19在板簧张力的支承下不紧密地贴靠组装板16的表面。由此,所述自由端可沿该表面偏移:其在该弓形板19的相应的拱顶区域23根据负荷变形在该表面上移动。在此,为了不使尖棱的末端22插入组装板16的塑料中并由此最终防止或甚至阻挡弓形板19的弹性变形,弓形板自由端22本身符合目的地从支承面抬起地终止,如例如由图2可见。在弓形板19的拱顶区域23两侧的侧翼25可以弧形地延伸或按照图2倾斜或类似于图4形成台阶。
决定性的是,当(在电池连接器组装时或在操作中由加热引起的)渐增的压力朝组装板16的方向从电池电极13的端面26施加到拱顶区域23上时,弹簧弓形板19的拱顶拱起的在组装板16上的高度弹性地减小。
在电池连接器15的各弓形板19的拱顶区域23内构成孔25,其中心距大致相当于借助于电池连接器15联接的各电池电极13的中心距。该孔的几何尺寸小于压向拱顶区域23内的孔25的电池电极13的端面26。优选地,该孔为圆形孔25,其直径小于在电极端面26上的最短对角线。组装板16大致与每一孔25同轴地具有通孔27,通过这些通孔和孔25,电池电极13的端面26持久导电地连接于孔25的边缘、亦即优选材料地连接并特别是激光焊接。
电池连接器15优选地作为宽的短板条由铜合金带冲压而成,同时制出拱顶孔25和在这里居中地在两个孔25之间的组装孔21,以及使弓形板19的相应的拱顶区域23拱起并使弓形板自由端22去棱角。但由于电化学原因,电池电极13不包含铜,而是特别是在用于牵引目的的锂聚合物蓄电池中根据电极极性而包含铝或钢。因此,为了电池电极13与电池连接器15的电和机械的可靠的同类焊接,符合目的地,对于每一弓形板19,在这里例如环形的由铝或由钢或镍构成的连接件28分别力锁合地装进两个弓形板孔25中,参见图5;该连接件在每种情况下由在焊接技术上与所贴靠的电池电极端面26的材料对应的材料构成。在各连接件28中保留的开口面又满足如下规范:其轮廓在每种情况下分别局部地延伸超过贴靠的电池电极13的端面26,以便由此能够在通孔27的后面直接焊接。
例如按照图3,在绘出的串联电路的开始和最后的两个未配备有电池连接器的电池电极13作为正或负的电池接头30通过按照图1的板切口29可接近。
从组装板16的平面弯出的适用于连接用于电池管理的测量和控制电路的插销31在电池组11的一侧插入在两个圆柱形电池12之间的间隙中。该插销为相对于弓形板19的板条宽度较窄的导体线路32的自由端部,通过使导体线路以其与销31相对的末端保持连接在电池连接器15的中心区域20上(参见图1),导体线路与电池连接器15一件式冲压成形。导体线路在塑料组装板16的配备侧的指向电池电极13的表面上延伸,并且可以在该表面上在成形的各间隔件中夹紧、亦即也为了电绝缘而相对于彼此间隔开。需要时,例如对于电池管理所需的构件33(参见图4),如负荷平衡电阻或加热导体,直接在组装板16上连接到通到插销31的导体线路32上,或连接到这样的冲压格栅的附加地单独冲压的导体线路32上。
所绘出的和以上描述的实现示例为最普遍的状况,即以交替极性并排设置的各电池12电串联;为此线性设置结构的电池连接器15分别需要两个弹性接触弓形板19。但在其他的设置或电路构造中在本发明的范围内也可以使用弓形板19的其他构型。
在每种情况下,用于借助于电池连接器15电联接电池组11的电池12的装置和具有这种电池连接器15的电池组11的特征在于特别易于组装和功能可靠,这通过如下事实实现:按照本发明,至少一个在组装框架17中待锁定在电池组11上的组装板16根据相互联接的各电池电极13的几何规格而配备有相对于彼此电绝缘的电池连接器15,所述电池连接器分别具有柔性的弓形板19,用于使其拱顶区域23弹性贴靠电池电极13的端面26。以侧翼弯曲弹簧式地支承到组装板16上的各弓形板19是冲压格栅的一部分,其也包括与其一件式连接的窄的导体线路32,例如用于连接电池管理系统。优选地,在各弓形板拱顶区域23内冲出孔25,在组装板16安装到各电池12上之后各弓形板19沿各孔的轮廓材料锁合地与各电池电极端面26连接、特别是激光焊接。为此组装板16与所述孔25同轴地具有比所述孔大的通孔27。
图6示出电池连接器15的另一实施形式,其包括两个延伸离开连接区域20的弓形板19。类似于先前描述的实施形式,各弓形板19在与电池电极接触的区域内具有孔25。
该实施形式的弓形板19经由通过曲折状的延伸段弹簧弹性地构成的结构34连接于连接区域20。按这种方式可以补偿热或机械引起的在电池连接器15与电池电极之间的相对运动。
图7示出一组装板16,其中更确切地说在此为组装框架,其配备有结合图6描述的电池连接器15。组装板16可以例如由塑料以注塑成型法制造,或由其他的适合的材料制造。在放置各电池连接器15的位置,组装板16具有凹部。电池连接器15连接于组装板16,从而各电池连接器至少绝大部分放置在各凹部中。按这种方式,各孔25(可能连同在其上安装的连接件)露出,并可以通过将组装板16安装在各相应设置和确定尺寸的电池上而与各相应的电池电极接触。在安装组装板16之后,电池连接器还可以与电池电极熔焊、钎焊或以其他方式材料锁合、形锁合或力锁合地连接。
在弓形板的远离连接区域20的末端22上,电池连接器15借助于相应的固定装置固定在组装板16上。在所示的示例中,电池连接器借助于从组装板16伸出的簧片和可能在组装板16中存在的凹槽夹紧地固定。可替代地或附加地考虑其他的固定方法,如例如热冲压、螺纹接合、粘结等。
在组装板16的分隔凹部的板条上安装第一导体线路35,电池连接器15通过该第一导体线路这样相互电连接,使得电池组的电池以希望的方式相互联接。此外,在组装板16上安装第二导体线路36,该第二导体线路同样与至少几个电池连接器15接触,并可用作测量和诊断导线。第二导体线路36可以例如用于经由相应的测量和诊断装置测量或求得电池的参数、特别是操作参数。第一导体线路35和第二导体线路36可经由电插塞连接装置37或38接触,所述插塞连接装置可以直接地在导体线路上成形(如插塞连接装置37的情况),或者可以可能经由相应的中心接触面39和电缆连接装置40连接于各导体线路(如插塞连接装置38的情况)。
在组装板16上还可以安装至少一个温度传感器41、例如NTC温度传感器(负温度系数温度传感器),从而可以检测电池组的温度、特别是操作温度。在临界温度值的情况下可以引入相应的措施用以避免电池组的由温度引起的损坏。温度传感器41可以例如经由第二导体线路36接触,并且温度的检测和监视可以例如经由通过插塞连接装置37连接的测量或诊断装置实现。
附图标记清单
11 电池组(包括12)
12 电池(用于11)
13 电池电极(属于12,包括14)
14 端部(属于12)
15 电池连接器(在13上)
16 组装板(用于15、32)
17 组装框架(在12上、用于16)
18 固定装置(在17上、用于16)
19 弓形板(属于15)
20 区域(在19-19之间)
21 组装孔(在20中)
22 末端(属于15/19)
23 拱顶区域(属于19,在24-24之间)
24 侧翼(属于19,在23两侧)
25 孔(在23中)
26 端面(属于13)
27 通孔(在16中)
28 连接件(在25中)
29 切口(在16上)
30 电池接头(在29处)
31 插销(在32的末端上)
32 导体线路(一件式在15上)
33 构件(在32上)
34 曲折形的结构
35 第一导体线路
36 第二导体线路
37、38插塞连接装置
39 中心接触面
40 电缆连接装置
41 温度传感器
Claims (20)
1.用于借助于电池连接器(15)电联接电池组(11)的电池(12)的装置,其特征在于,多个用于连接至少两个电池电极的电池连接器(15)相对于彼此电绝缘地安装在组装板(16)上。
2.按照上述权利要求所述的装置,其特征在于,每一电池连接器(15)具有至少一个延伸离开连接区域(20)的柔性的弓形板(19)。
3.按照上述权利要求之一项所述的装置,其特征在于,柔性的弓形板(19)以弹簧弹性的特别是曲折状的结构(34)与连接区域(20)联接。
4.按照前两项权利要求之一项所述的装置,其特征在于,柔性的弓形板(19)优选以其拱顶区域(23)与组装板(16)间隔开。
5.按照前一项权利要求所述的装置,其特征在于,每一电池连接器(15)在两个弓形板(19)之间的连接区域(20)内固定在组装板(16)上。
6.按照前三项权利要求之一项所述的装置,其特征在于,弓形板(19)分别远离该弓形板的连接区域(20)在弓形板末端(22)处优选弹簧弹性支承地安置或固定、特别是夹紧地固定在组装板上。
7.按照上述权利要求之一项所述的装置,其特征在于,电池连接器(15)通过铆钉式热冲压固定在组装板(16)上。
8.按照前两项权利要求之一项所述的装置,其特征在于,弓形板末端(22)从组装板(16)抬升地伸出。
9.按照上述权利要求之一项所述的装置,其特征在于,每一弓形板(19)在构造用于与电池电极连接的接触区域内具有孔(25)。
10.按照权利要求4和前一项权利要求所述的装置,其特征在于,孔(25)构成在弓形板(19)的拱顶区域(23)内。
11.按照前两项权利要求之一项所述的装置,其特征在于,组装板(27)至少在这样的接触区域内具有通孔(27),在电池连接器(15)的固定的状态下弓形板(19)的孔(25)位于所述接触区域内。
12.按照前三项权利要求之一项所述的装置,其特征在于,孔(25)的轮廓至少局部地延伸超过电池电极的贴靠在弓形板(19)上的端面(26)。
13.按照前四项权利要求之一项所述的装置,其特征在于,电池连接器(15)的孔(25)具有优选适配于该孔的连接件(28),其中该连接件的材料优选这样选择,使得这些材料能与电池电极的待贴靠在这些材料上的端面(26)的材料以接合方法、特别是如熔焊、钎焊的热接合方法或冷接合方法、特别是力锁合和/或材料锁合地相互连接。
14.按照上述权利要求之一项所述的装置,其特征在于,组装板(16)配备有优选由铜、铜合金、铝或铝合金制成的格栅、特别是冲压格栅,该格栅包括电池连接器(15)、优选双弓形板电池连接器(15)和至少一个与该电池连接器一件式连接的比该电池连接器窄的导体线路(32)。
15.按照前两项权利要求之一项所述的装置,其特征在于,所述至少一个导体线路(32)中的至少一个具有构成为插销(31)的末端。
16.按照上述权利要求之一项所述的装置,其特征在于,电池连接器(15)由铜、铜合金、铝或铝合金制成,并且其中该电池连接器与电池电极的接触区域、特别是连接件优选由铜、铜合金、铝、铝合金、钢、镍或镍合金制成。
17.电池组(11),包括按照上述权利要求之至少一项所述的至少一个装置,以及与所述至少一个装置联接的多个电池(12),其特征在于,电池(12)在组装框架(17)中编制成组,该组装框架配备有用于组装板(16)的固定装置(18),所述组装板配备有电池连接器(15),各电池连接器以可弹性变形的弓形板(19)贴靠待联接的电池电极(13)的端面(26)。
18.按照前一项权利要求所述的电池组,其特征在于,优选在弓形板拱顶区域(23)内,端面(26)分别与孔(25)的边缘力锁合和/或材料锁合地连接、特别是焊接、特别是激光焊接或钎焊。
19.按照前两项权利要求之一项所述的电池组,其特征在于,该电池组具有至少一个插销(31),该插销为固定在组装板(16)上的冲压栅格的导体线路(32)的自由端,其中导体线路优选与电池连接器(15)一件式构成。
20.按照前一项权利要求所述的电池组,其特征在于,连接到导体线路(32)上的构件(33)安装在组装板(16)上。
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