CN102856524B - 电化学装置 - Google Patents

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Abstract

一种带有如下的电池连接器的电化学装置，其中，所述电池连接器用于将电化学装置的第一电化学电池的第一电池接线端与第二电化学电池的第二电池接线端导电连接，所述电池连接器包括基体和接触体，接触体与基体连接并且在电池连接器的装配状态下与电池接线端中的一个连接，在该电池连接器上能以特别简单的方式检测电位，而提出：接触体包括分压抽头。

Description

电化学装置
技术领域
本发明涉及一种电化学装置，其包括将第一电化学电池的第一电池接线端和第二电化学电池的第二电池接线端导电连接起来的电池连接器，其中，电池连接器包括基体和接触体，接触体与基体相连接，并且在电池连接器的装配状态下与电池接线端中的一个连接。
背景技术
这种电化学装置可以尤其构造成蓄电池，例如锂离子蓄电池。
在锂离子蓄电池中，在各蓄电池单体的两个电池接线端(极)之间的压差大约为3.6伏。为了获得对于例如在汽车驱动技术中的多种应用所需的更高的电压水平，例如约360伏，必须将多个这样的蓄电池单体(例如约100个)以电学的方式串联。
蓄电池单体或通常为电化学电池在此可以集合成模块，模块分别包含多个这样的电化学电池，其中，并排布置的电池的装入方向正反交替，从而正极和负极的电池接线端交替变换地并排而置。
这样的相反极性的彼此相邻的电池接线端为了使电池借助各一个电池连接器串联而直接相互连接。
与基体连接的接触体用于实现电池连接器与相关的电池接线端的可靠的、运行安全的以及具有很小的接触电阻的连接。
为了实现对单个电池监控，测量在不同的电池连接器之间的电位差。在公知的电位监控中，测量部位借助缆线、线材或导电材料钎焊到印制电路板中。
发明内容
本发明基于的任务是，能以特别简单的方式来检测和评估在电池连接器上的电位。
该任务在带有权利要求1前序部分特征的电化学装置中以如下方式解决，即：接触体包括分压抽头(Spannungsabgriff)。
由此，本发明基于如下的设计方案，即：将分压抽头的功能集成在电池连接器的接触体中。
以此方式省去了附加的构件和材料过渡部。在按本发明的技术方案中，不需要附加材料和对已使用材料的涂层来提供在电池连接器上的分压抽头功能。
电池电压测量更确切地说可以直接通过已经存在的构件，亦即接触体来实现。
尤其是对于检测在电池连接器上的电位不需要在基体上的涂层。即，否则这种涂层被需要用于确保测量部位的可钎焊性，尤其是当基体例如用铝或铝合金制成时。
此外，对于检测在电池连接器上的电位，不需要将用其他导电材料(例如用铜或铜合金)制成的元件装配到电池连接器上。
通过省去附加材料和附加涂层，通过按本发明的技术方案来降低生产成本。
因为省去了其上可能发生腐蚀性侵蚀的材料过渡部，所以按本发明的电池连接器的耐腐蚀性得到提高。尤其是可以省去否则必需的腐蚀保护。
接触体优选材料配合地与基体连接，例如通过熔焊、钎焊和/或粘接进行连接。
接触体优选固定在基体的在电池连接器的装配状态下面朝电池接线端的一侧上。
此外优选设置为，接触体在电池连接器的装配状态下布置在基体与电池接线端之间。
接触体的分压抽头优选呈接片形地构造。
在本发明的一种优选的设计方案中设置为，接触体包括接触区域，该接触区域在电池连接器的装配状态下，与基体的结合面相连接，并且与分压抽头一体地构造。
对于操作接触体以及操作在应用该接触体的情况下制成的电池连接器而言，特别有利的是，接触体总体上一体式构造，并且因而接触体的所有的组件都一体地相互连接。
在本发明的一种特别的设计方案中设置为，基体包括第一材料，并且接触体包括不同于第一材料的第二材料。
基体优选基本上完全由第一材料制成。
此外接触体优选基本上完全用第二材料制成。
基体优选包括铝和/或铜。
尤其可以设置为，基体含有铝或铜作为主要组分(或者说主要成分，Hauptbestandteil)。
在此，如下的材料适用作材料的主要组分，即，该材料占有相关材料的最大重量份额。
基体可以尤其用铝合金或用铜合金形成。
接触体优选包括镍。
尤其可以设置为，接触体包括镍作为主要组分。
接触体可以尤其由镍合金形成。
当在电池连接器的装配状态下与接触体连接的电池接线端本身包括镍优选作为主要组分，或包括含镍的涂层优选作为主要组分时，则使用完全或部分由镍形成的接触体尤其是具有优点的。
接触体优选材料配合地与电池连接器的基体连接。
尤其可以设置为，基体通过熔焊、尤其通过超声波熔焊与基体连接。接触体通过熔焊、尤其通过超声波熔焊与基体连接。
接触体的分压抽头优选具有用于连接到电化学装置的分压抽头线路上的接触元件。
这种接触元件可以例如构造为钎焊销。
按本发明的电池连接器尤其适合使用在电化学装置中，电化学装置包括：至少一个带有第一电池接线端的第一电化学电池和至少一个带有第二电池接线端的第二电化学电池；以及至少一个按本发明的电池连接器，其中，电池连接器的接触体与电池接线端中的一个连接。
在一种优选的设计方案中设置为，接触体仅与借助电池连接器相互导电连接的电池接线端中的一个连接。
接触体优选材料配合地与电池接线端中的一个连接。
接触体可以尤其通过熔焊，特别是激光熔焊与电池接线端中的一个连接。
在本发明的一种优选的设计方案中设置为，与接触体连接的电池接线端具有接触面，该接触面具有与接触体一样的主要组分。
尤其可以设置为，与接触体连接的电池接线端的接触面包含优选作为主要组分的镍。
其内装有电池连接器的电化学装置可以尤其构造成蓄电池，例如构造成锂离子蓄电池。
当按本发明的电化学装置构造成蓄电池时，其尤其适合作为能承受高负荷的例如用于汽车的驱动器的能量源。
电池连接器的接触体尤其用作熔焊辅助件，熔焊辅助件简化了电池连接器与电化学电池通过熔焊、尤其通过激光熔焊的材料配合式连接。
本发明还涉及一种用于在第一电化学电池的第一电池接线端与第二电化学电池的第二电池接线端之间建立导电连接的方法。
本发明所要解决所基于的另一任务是：完成如下一种方法，通过所述方法以特别简单的方式建立起一种导电连接，在该导电连接处，可以检测电位。
按照本发明，所述任务通过一种用于建立起在第一电化学电池的第一电池接线端与第二电化学电池的第二电池接线端之间的导电连接的方法而得以解决，该方法包括下列方法步骤：
-制造电池连接器的基体；
-与基体分开地制造电池连接器的接触体，其中，接触体包括分压抽头；
-将接触体与基体连接；
-将电池接线端中的一个与接触体连接；
-将电池连接器与另外那个电池接线端连接；
-将分压抽头与电化学装置的分压抽头线路连接。
按本发明的方法的一种特别的设计方案也已在之前结合按本发明的电池连接器和按本发明的电化学装置得到阐释。
附图说明
本发明的其他特征和优点是接下来的说明书以及对实施例的图示表达的主题。
附图中：
图1示出一个电池连接器和两个电化学电池的示意性侧视图，电化学电池的电池接线端借助电池连接器相互连接；
图2示出从上看图1中的电池连接器的背对电化学电池的电池接线端的一侧的示意性俯视图；
图3示出图1和2中的电池连接器的基体的示意性俯视图；以及
图4示出图1至3中的电池连接器的接触体的示意性俯视图。
具体实施方式
相同的或功能等效的元件在所有附图中用同一个附图标记标注。
作为整体用附图标记100标注的电化学装置包括例如多个(未示出的)电化学模块，其中，每一个模块包括多个、例如各8个或12个电化学电池102，电化学电池102分别被容纳在模块的(未示出的)容纳装置的容纳部中。
这种容纳装置可以尤其构造成冷却体，冷却体与容纳在其中的电化学电池保持导热接触，以及在电化学装置100运行期间，将热量从电化学电池102散发出去。
电化学电池102在包围其的容纳装置中以如下方式布置和取向，即：使得电化学电池102的平行于电化学电池102的居中纵轴线106走向的轴向104基本上相互平行地取向。
在此，每一个电化学电池102都从前部电池接线端108起朝各自的轴向104延伸至(未示出的)后部电池接线端，其中，每个电池接线端分别形成电化学电池102的一个正极或一个负极。
电化学电池102的居中纵轴线106在此同时也是各电化学电池102的电池接线端108的居中纵轴线。
在一个模块中，相邻的电化学电池102分别以如下方式取向，即：使得两个相邻的电池102a、102b的布置在模块同一侧的电池接线端具有彼此相反的极性。
因此，例如在图1所示的电池系统中，电化学电池102a的前部电池接线端108a形成了相关的电化学电池102a的负极，而沿连接方向110与电化学电池102a相邻的电化学电池102b的前部电池接线端108b则形成了电化学电池102b的正极。
电化学装置100可以尤其构造成蓄电池，优选构造成例如LiFePO4型的锂离子蓄电池。
电化学模块的电化学电池102可以相应地构造成蓄电池，尤其是构造成例如LiFePO4型的锂离子蓄电池。
每一个电化学模块还包括多个电池连接器112，彼此相邻的电化学电池102的电池接线端108借助电池连接器112以不同极性导电地相互连接，以便以此方式将电化学模块的所有电化学电池102电串联。
在此，每个电池连接器112将负极的第一电池接线端108a与相邻的电化学电池102的正极的第二电池接线端108b连接起来。
为了将一个模块的所有电化学电池102电串联，除了彼此相邻的电化学电池的前部电池接线端108外，一个模块的彼此相邻的电化学电池的后部电池接线端也通过(未示出的)电池连接器相互连接。
将各一个第一电池接线端108a与第二电池接线端108b导电地相互连接起来的每个电池连接器112包括基体114，所述基体114带有第一接触区段116和第二接触区段118，其中，第一接触区段116在电池连接器112的装配状态下与电化学电池102a的(例如负的)第一电池接线端108a相邻地布置，第二接触区段118在电池连接器112的装配状态下与另一个电化学电池102b的(例如正的)第二电池接线端108b连接。
电池连接器112的在图3中单独示出的基体114优选作为冲弯部件来制造。
电池连接器112的基体114可以原则上用任意导电材料制成，尤其由金属材料、导电合成材料和/或导电碳材料形成。
电池连接器112的基体114尤其可以由铝、铜、锡、锌、铁、金或银形成，或者由一种或多种前述金属的合金形成。
电池连接器112的基体114优选用铝或铝合金形成，或者由铜或铜合金形成。
基体114可以单层或多层地构造。
在多层的实施方案中，基体114的多个层可以相互一体地构造。作为对此的备选或补充，也可以设置为：基体的多个层彼此单独地制造，并且在电池连接器装配时例如材料配合地相互连接。
此外，电池连接器112还包括接触体120，接触体120与基体114分开地制造，并且在第一接触区段116的区域中优选材料配合地固定在基体114的面朝电池接线端108的一侧上。
接触体120可以尤其通过熔焊(例如超声波熔焊)、通过钎焊和/或通过粘接而与电池连接器112的基体114连接。
接触体120也优选构造成冲弯部件。
在图4中单独示出的接触体120包括一个例如基本上呈矩形的接触区域122，该接触区域122在电池连接器112的装配状态下与基体114的面朝接触体120的结合面124连接，并且在电化学装置100的装配状态下材料配合地与电池接线端108中的一个相连接，例如与负的第一电池接线端108a连接。
尤其可以设置为，接触体120的接触区域122通过熔焊，尤其通过激光熔焊与电池接线端108a连接。
为了使得通过超声结合过程在接触体120的接触区域122与基体114的第一接触区段116之间建立材料配合式连接的过程变得容易，可以设置为：接触区域122配设有朝着基体114突出的突出部126，突出部126在超声结合过程起始时，以接触面128贴靠在基体114的结合面124上，其中，接触面128要小于接触体120的接触区域122的整个面朝基体114的结合面130。
在线性的或弯扭的超声波熔焊过程期间，接触体120的突出部126插入基体114中，直至突出部126嵌入基体的材料中，并且接触区域122的结合面130的在突出部126的接触面128以外的其余表面132也贴靠在基体114的结合面124上。
突出部126可以例如构造成环形以及可以例如构造成双重半卷边，双重半卷边带有从接触面128的内边缘垂向其余表面132的内侧壁134和从接触面128的外边缘垂向其余表面132的外侧壁136。
除接触区域122外，接触体120包括例如接片形的分压抽头138，分压抽头138与接触体120的接触区域122一体地构造并且远离接触区域122地延伸。
尤其可以设置为，接片形的分压抽头138具有与接触区域122连接的起始区段140、接着起始区段140的中部区段144以及接着中部区段144的结束区段148，起始区段140例如基本上平行于电池连接器112的横向142地走向，中部区段144例如基本上平行于电池连接器112的纵向146地走向，结束区段148例如基本上平行于电池连接器112的横线142地走向。
电池连接器112的横向142和纵向146相互垂直地分布。
在此，分压抽头138的起始区段140优选通过弯曲的第一中间区段与分压抽头138的中部区段144连接，而中部区段144优选通过弯曲的第二中间区段152与结束区段148连接。
分压抽头138的结束区段148在其自由端部上优选配设有接触元件154，接触元件154用于将分压抽头138连接到电化学装置100的(未示出的)分压抽头线路上。
接触元件154可以例如构造成钎焊销，分压抽头138在钎焊销上可以与分压抽头线路相钎焊。
为了能够以所期望的方式相对于接触区域122的高度位置来改变接触元件154的高度位置，也就是接触元件154在电池连接器112的垂直于横向142和垂直于纵向146的接触方向156上的定位，分压抽头138尤其在其结束区段148中配设有弯头158。
弯头158优选基本上横向于、尤其是基本上垂直于结束区段148的纵向地走向。
分压抽头138的弯曲的部分160可以在电化学装置100的装配状态下原则上相对于接触区域122朝着电池接线端108a或远离电池接线端108a地偏移。
在附图所示的实施方式中，分压抽头138的弯曲的部分160相对于接触区域122朝着电池接线端108a偏移。
分压抽头138优选具有基本上与接触体120的接触区域122同样的平均材料厚度。
一体构造的接触体120优选包括不同于基体114的材料的材料，以及优选基本上完全用一种不同于基体114的材料的材料形成。
尤其可以设置为，接触体120由镍或镍合金形成。
与接触体120的接触区域122材料配合地连接的电池接线端108a优选具有接触面162，接触面162含有与接触体120的材料相同的主要组分。
与接触体120的接触区域122连接的电池接线端108a的接触面162优选由镍或镍合金形成。
与之相对照地，与第一电池接线端108a通过电池连接器112导电连接的第二电池接线端108b优选具有如下的接触面164，该接触面164的主要组分与基体114的材料的主要组分一致。
当基体114由铝或铝合金形成时，则由此第二电池接线端108b的接触面164优选同样由铝或铝合金形成。
基体114的第二接触区段118直接地、优选材料配合地与第二电池接线端108b连接。
这种材料配合的连接可以尤其通过熔焊(特别是激光熔焊)、或通过钎焊来建立。
由此，基体114的第二接触区段118形成了电池连接器112的第二接触区域166，第二接触区域166在电化学装置100的装配状态下与第二电池接线端108b连接，而接触体120的接触区域122则形成电池连接器112的第一接触区域，第一接触区域在电化学装置100的装配状态下与第一电池接线端108a连接。
为了在电池连接器112与电池接线端108a和108b材料配合地连接之后能例如出于测量目的而直接够到电池接线端108a和108b，基体114的第一接触区段116和第二接触区段118以及接触体120的接触区域122分别配设有例如基本上呈圆形的穿通开口168、170或172(参看图3和4)。
在此，穿通开口168优选在基体114的第一接触区段116中具有比穿通开口172在接触体120的接触区域122中更大的穿通面积，从而在第一接触区段116中的穿通开口168的边缘174优选基本上同心地包围了在接触体120的接触区域122中的穿通开口172的边缘176(参看图2)。
此外由图2所示，可以设置为，基体114的第一接触区段116具有突起178，突起178与起始区段140和接触体120的分压抽头138的弯曲的第一中间区段150至少部分相叠，从而分压抽头138的区段通过基体114来支撑。
在电化学装置100运行中，可以基于不同的温度和/或基于一方面的电池连接器112和另一方面的用于电化学电池102的容纳装置的不同的热膨胀率而在一方面的电池连接器112的纵向延展与另一方面的通过电池连接器112相互连接的电池接线端108a、108b的纵轴线106间的间距变化之间出现一个差值。通过温度变化，通过电池连接器112相互连接的电池接线端108a、108b的相对位置沿垂直于电化学电池102的轴向104取向的连接方向110变化。
连接方向110处在平面180中，该平面包含电化学电池102a和102b的纵轴线106(参看图2)。
此外，可以基于彼此通过电池连接器112连接的电化学电池102a、102b的不同的纵向延展而出现在相互连接的电池接线端108a、108b之间的相对位置沿相互连接的电化学电池102a、102b的轴向104的变化。
为了能够对在电池连接器112的纵向伸展与通过电池连接器112相互连接的电池接线端108a、108b的纵轴线106间的间距变换之间的差加以补偿，和/或对在通过电池连接器112相互连接的第一电化学电池102a和第二电化学电池102b的纵向伸展之间的差加以补偿，可以设置为，电池连接器112包括能弹性地和/或塑性地变形的补偿区域182，该补偿区域182布置在电池连接器112的第一接触区域122与第二接触区域166之间，并且将两个接触区域122和166相互连接。
电池连接器112的基体114优选配设有这样的补偿区域182。
在附图所示的电池连接器112的实施方式中，可变形的补偿区域182具有波形结构，其中，波形结构包括一个或多个(例如三个)波形部，波形部具备平行于有待通过电池连接器112连接的电池102a、102b的轴向104的而且基本上垂直于如下接触面指向的振幅，电池连接器112在装配状态下以所述接触面贴靠在第一电池接线端108a或第二电池接线端108b上。这些波形部具有：多个(例如三个)横向于(优选垂直于)电化学电池102的轴向104而且横向于(优选垂直于)电池连接器112的纵向146而且基本上平行于电池连接器112的横向142走向的波峰184；以及多个在波峰184之间布置的而且横向于(优选基本上垂直于)电化学电池102的轴向104而且横向于(优选基本上垂直于)电池连接器112的纵向146而且基本上平行于电池连接器112的横向142走向的波谷186。
在电化学装置100的装配状态下，电池连接器112的纵向146基本上平行于连接方向110地走向，以及电池连接器112的横向142基本上垂直于连接方向110地走向。
波峰184沿电池连接器112的垂直于电池连接器112的接触面的接触方向156向上突出，所述接触方向156在电化学装置100的装配状态下与电化学电池102的轴向104一致，而波谷186则沿接触方向156向下(也就是说朝有待相互连接的电池102)突出。
通过电池连接器112的可变形的补偿区域124的波形结构，达到的是：使补偿区域124能以简单的方式以如下方式弹性和/或塑性地变形，即：第二接触区域166相对于第一接触区域122既能沿电化学电池102的轴向104推移，又能沿电池连接器112的纵向146推移，从而对通过电池连接器112相互连接的电池接线端108a和108b的相对位置中的前述差值加以补偿。由此，可以避免在一方面的电池连接器112与另一方面的第一电池接线端108a以及第二电池接线端108b之间过量的机械应力的出现。
为制造电池连接器112，如其在图1和2中所示，过程如下：
首先，由起始材料(例如从板形起始材料)制出基体预成型件，例如冲裁出或(例如借助激光)裁切出基体预成型件。
通过恰当的改型过程，尤其是冲制或深拉延过程，将补偿区域182的波峰184或波谷186加工到基体预成型件中。
第一接触区段116的穿通开口168和第二接触区段118的穿通开口170可以在这些改型过程前，例如连同基体预成型件的外轮廓一起从起始材料中制出，或在这些改型过程之后从基体预成型件中制出。
因此，电池连接器112的基体114的制造结束。
接触体120同样与基体114分开地由起始材料(例如由板形的起始材料)制出，例如冲裁出或(例如)裁切出。
此外，通过恰当的改型过程，尤其是冲裁或深拉延过程，产生了在接触体120的接触区域122中的抬高部126和在接触体120的分压抽头138上的弯头158。
在接触体120的接触区域122中的穿通开口172可以已在这些改型过程之前，例如连同接触体120的外轮廓一起从起始材料中制出，或在改型过程之后，从接触体120中制出。
接触体120优选材料配合地与基体114连接。
这种连接优选通过超声波熔焊过程来进行。
这样由基体114和接触体120构建的电池连接器112在接触区域122和166中，优选材料配合地与电化学电池102的各一个电池接线端108连接。
接触体120的分压抽头138的接触元件154(例如通过钎焊)连接到(未示出的)分压抽头线路上，分压抽头线路引向电化学装置100的(同样未示出的)评估单元。

Claims (14)

1.一种电化学装置，其包括至少一个带有第一电池接线端(108a)的第一电化学电池(102a)和至少一个带有第二电池接线端(108b)的第二电化学电池(102b)以及至少一个电池连接器用以将所述第一电池接线端(108a)与所述第二电池接线端(108b)导电连接，其中，所述电池连接器(112)包括基体(114)和接触体(120)，所述接触体(120)与所述基体(114)连接并且在所述电池连接器(112)的装配状态下与所述电池接线端(108a、108b)中的一个连接，并且所述接触体(120)固定在所述基体(114)的在所述电池连接器(112)的装配状态下面朝所述电池接线端(108a、108b)的一侧上，其特征在于，所述接触体(120)包括分压抽头(138)。
2.按权利要求1所述的电化学装置，其特征在于，所述分压抽头(138)呈接片形地构造。
3.按权利要求1或2所述的电化学装置，其特征在于，所述接触体(120)包括接触区域(122)，所述接触区域(122)在所述电池连接器(112)的装配状态下与所述基体(114)的结合面(124)连接并且与所述分压抽头(138)一体地构造。
4.按权利要求1或2所述的电化学装置，其特征在于，所述基体(114)包括第一材料，以及所述接触体(120)包括不同于所述第一材料的第二材料。
5.按权利要求1或2所述的电化学装置，其特征在于，所述基体(114)包括铝和/或铜。
6.按权利要求1或2所述的电化学装置，其特征在于，所述接触体(120)包括镍。
7.按权利要求1或2所述的电化学装置，其特征在于，所述接触体(120)材料配合地与所述基体(114)连接。
8.按权利要求7所述的电化学装置，其特征在于，所述接触体(120)通过熔焊与所述基体(114)连接。
9.按权利要求1或2所述的电化学装置，其特征在于，所述分压抽头(138)具有接触元件(154)，用于连接到所述电化学装置(100)的分压抽头线路上。
10.按权利要求1或2所述的电化学装置，其特征在于，所述接触体(120)材料配合地与所述电池接线端(108a、108b)中的一个连接。
11.按权利要求10所述的电化学装置，其特征在于，所述接触体(120)通过熔焊与所述电池接线端(108a、108b)中的一个连接。
12.按权利要求1或2所述的电化学装置，其特征在于，与所述接触体(120)连接的所述电池接线端(108a)具有接触面(162)，所述接触面(162)的材料具有与所述接触体(120)的材料相同的主要组分。
13.按权利要求1或2所述的电化学装置，其特征在于，与所述接触体(120)连接的所述电池接线端(108a)具有接触面(162)，所述接触面(162)的材料包含镍。
14.用于建立起第一电化学电池(102a)的第一电池接线端(108a)与第二电化学电池(102b)的第二电池接线端(108b)之间的导电连接的方法，包括下列方法步骤：
-制造电池连接器(112)的基体(114)；
-与所述基体(114)分开地制造电池连接器(112)的接触体(120)，其中，所述接触体(120)包括分压抽头(138)；
-将所述接触体(120)与所述基体(114)连接，其中，所述接触体(120)固定在所述基体(114)的在所述电池连接器(112)的装配状态下面朝所述电池接线端(108a、108b)的一侧上；
-将所述电池接线端(108a)中的一个与所述接触体(120)连接；
-将所述电池连接器(112)与另外那个所述电池接线端(108b)连接；
-将所述分压抽头(138)与所述电化学装置(100)的分压抽头线路连接。
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