CN103299451B - 包括多个棱柱形的蓄能单元的蓄能模块和蓄能模块的端板的制造方法 - Google Patents

包括多个棱柱形的蓄能单元的蓄能模块和蓄能模块的端板的制造方法 Download PDF

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Abstract

本发明涉及一种用于供电装置尤其是汽车供电装置的蓄能模块（1），包括多个棱柱形的蓄能单元（10），所述蓄能单元堆叠成至少一列（60、61）地依次设置并且通过拉力元件（40～42）夹紧在两个端板（30、35）之间，这两个端板（30、35）中的至少一个具有至少一个凹部（107）用于插入紧固元件（101）以便将蓄能模块固定在所述供电装置（100）中，并且凹部（107）构造在端板（30、35）内部。

Description

包括多个棱柱形的蓄能单元的蓄能模块和蓄能模块的端板的制造方法
技术领域
本发明涉及一种用于供电装置尤其是汽车供电装置的蓄能模块，包括多个棱柱形的蓄能单元，所述蓄能单元堆叠成至少一列地依次设置并且通过拉条夹紧在两个端板之间。本发明还涉及一种用于制造蓄能模块的端板的方法。
背景技术
在汽车的通常被称为电池的供电装置中大多使用多个蓄能模块来驱动车辆、如电动车辆或混合动力车辆。蓄能模块通常包括多个堆叠的棱柱形的蓄能单元。各个蓄能单元包括电化学的电池单元。由各个蓄能单元构成的堆叠大多通过机械端板和拉条被夹紧为蓄能模块。除了将模块彼此机械固定之外，端板和拉条尤其还用于抵制由气体压力变化引起的变形，所述气体压力便变化在设置在模块内部的电化学单元工作时产生。
蓄能模块被安装在供电装置尤其是汽车供电装置中。这通常借助紧固元件例如螺栓进行。为了螺栓和蓄能模块之间的连接，迄今在蓄能模块上设置突出部。紧固元件穿过这些突出部并且因此例如可安装在汽车中。所述突出部突出于蓄能模块并且因此以不希望的方式增加了蓄能模块的结构空间。尤其是多个蓄能模块经常并立设置，为了通过突出部与汽车夹紧，蓄能模块因此必须间隔开。
发明内容
本发明的任务在于提供一种用于供电装置的蓄能模块，该蓄能模块可以以简单的方式制造并且使蓄能模块具有尽可能小的结构空间。另外本发明的任务还在于提出一种用于低成本且节省结构空间地制造蓄能模块的端板的方法。
因此，该任务通过一种用于供电装置尤其是汽车供电装置的蓄能模块达到，其包括多个棱柱形的蓄能单元，所述蓄能单元堆叠成至少一列地依次设置并且通过拉力元件夹紧在两个端板(亦称为压板)之间。在此两个端板中的至少一个具有至少一个凹部用于插入紧固元件以便将蓄能模块固定在所述供电装置中，并且凹部构造在端板内部。
在已知的解决方案中，为了例如与车身螺栓连接，蓄能模块上的突出部需要在蓄能模块宽度或长度方向上的附加的结构空间。由此未能最佳地利用可用结构空间。另外，蓄能模块上的这些突出部导致蓄能模块的制造成本增加。根据本发明现在规定，结构空间、尤其是端板的厚度(因端板用于夹紧蓄能单元的特点而产生)同时用于凹部并且因此用于容纳紧固元件。拉力元件构造用于与端板共同作用，产生作用于堆叠成列的蓄能单元的夹紧力。
在一种有利的方案中规定，整个端板构造成一体的。由此可减少制造成本。
有利的是，所述凹部在端板的整个高度和/或整个宽度上延伸。由此紧固元件尤其是螺栓可在整个长度或宽度上插入端板并且因此易于从上面接近。所述凹部尤其是在端板的整个高度或整个宽度上构造在端板内部。
另外优选规定，端板内部被定义为端板的第一表面和端板的平行于第一表面的第二表面之间的中间空间。这两个表面在此垂直于拉力元件的夹紧方向定向。另外，这两个表面分别构成一个封闭的、充有材料的表面。端板因此优选是连续的板，其在蓄能单元的夹紧的观察方向上没有缺口。特别优选两个表面之一在蓄能模块内部平面式地贴靠在至少一个蓄能单元上。
有利的是，所述拉力元件构造为拉条，因此蓄能模块至少在一侧通过拉条之一限定，端板和位于内部的凹部不突出于该拉条，尤其是不在夹紧方向或垂直于夹紧方向的方向上突出。由此可最大程度地减小结构空间。替换地，拉力元件也可构造为一个或多个紧固带或由多个螺栓和螺母构成的组合体。
另外优选规定，所述端板由挤压型材制成，所述端板在凹部的纵向延伸方向(螺栓连接方向)上挤压而成。当端板的挤压在螺栓连接方向上进行时，则所产生的结构空间、即基于夹紧蓄能单元所需夹紧力产生的端板的厚度也可很好地用于集成紧固元件尤其是螺栓。另外通过将紧固元件集成在挤压型材中，挤压型材所需的精加工可减少到锯断型材。因此材料废品和蓄能模块所需的结构空间降低到最小程度。
另外优选规定，所述凹部在横截面中是空心圆柱形或椭圆形的，凹部的长度至少等于凹部最小直径的3倍、尤其是至少5倍、尤其是至少7倍。
此外根据本发明规定一种用于制造上面所描述的蓄能模块的端板的方法。该方法包括挤压形成端板，在此在挤压期间形成用于插入紧固元件的凹部并且所述凹部在挤压方向上延伸。在此挤压方向、凹部本身以及待插入的螺栓在同一方向上、即螺栓连接方向上延伸。
在根据本发明的蓄能模块的范畴中所描述的有利的方案相应有利地用于根据本发明的用于制造端板的方法的范畴中。
附图说明
下面借助附图详细说明本发明。附图如下：
图1为根据实施例的本发明蓄能模块的蓄能单元；
图2为根据实施例的本发明蓄能模块的端板和拉力元件的组装；
图3在组装根据实施例的本发明蓄能模块时的下一步骤；
图4为本发明的蓄能模块，部分装有根据实施例的蓄能单元；
图5为根据实施例的本发明蓄能模块，完全装有蓄能单元；
图6为根据实施例的本发明蓄能模块的夹紧；
图7为蓄能模块的传统的、非本发明的螺栓连接；
图8为根据实施例的本发明蓄能模块的根据本发明的螺栓连接。
具体实施方式
下面借助附图1至6和8详细说明本发明。图7示出蓄能模块的传统的、非本发明的螺栓连接。
图1以透视图示出蓄能模块1的一个单个的棱柱形的蓄能单元10，后面将示出蓄能模块的整体。蓄能单元10通常包括一个或多个单个的电化学单元，它们在此所选的视图中隐藏位于蓄能单元10之内。蓄能单元10在正面13上具有一个第一极性的连接端子11和一个第二极性的连接端子12。在蓄能单元10的在该图中未示出的背面14上未设置连接端子。所述连接端子11、12之一，通常是蓄能单元的正极，可与蓄能单元10的壳体电连接。
由于在根据本发明的蓄能模块1中多个蓄能单元10至少在一列中堆叠地依次设置，所以至少相对置的主表面14、15设有电绝缘材料。在图1所示的实施例中，粘接膜20被施加到主表面15、16上。替换地，也可在主表面15、16上施加电绝缘的粘接剂。也可想到使用收缩软管，其被施加到设有粘接剂的主表面15、16上。
在图1中还示出用附图标记17和18表示的蓄能单元10的相对置的端面。
在根据本发明的蓄能模块中，蓄能单元10仅示例性设置在两个蓄能单元列60、61中，这例如在图6中可见。在该实施例中，利用端板30、35和被构造为拉条40至42的拉力元件夹紧堆叠成列的蓄能单元。拉力元件在本实施例中被构造为拉条不应对本发明有任何限制作用。当然，拉力元件可构造为紧固带或由多个螺栓和螺母构成的组合体。
在图2的透视图中示出夹紧装置的中间构件，一个端板30(亦称为压板)与三个平面构造的拉条40、41、42焊接。拉条40、41、42平行延伸并且彼此这样隔开，使得为每个蓄能单元列60、61分别提供一个容纳区域47、48。因此，每个蓄能单元列60、61在侧面被两个拉条40、41或41、42包围。
拉条40、42分别具有一个凸耳43、45，其大致设置在拉条纵向延伸长度的中心。另外，在拉条42上设置四个舌片46，控制装置可固定在这些舌片上。与拉条40、42相比，拉条41构造得较厚。例如拉条40、42具有2mm的厚度并且拉条43具有3mm的厚度。由此确保，当两个蓄能单元列中的存储器单元10基于蓄能单元10工作时产生的气体压力变化而变形时，蓄能模块平行于夹紧力方向(即拉条40、41、42的延伸方向)均匀地膨胀。
焊接作为拉条40、41、42和端板30之间的连接是汽车技术领域中一种快速、安全和完善的连接方法。原则上图2中所示部件的机械连接的建立也可以按替换的方式进行、例如通过螺栓连接或任何其它形锁合和/或力锁合的连接。为了焊接，拉条40、42以其端面齐平地贴靠在端板30上并被焊接，而拉条41——在其两个相对置的端部区域中分别具有一个凹槽44用以形成压力插入式舌片——插入端板30的对应缺口49中并且然后从另一侧被焊接。
如图3所示，绝缘套50、55定位在所准备的夹紧装置的容纳区域47、48中。绝缘套50、55的任务在于提供高电压绝缘。绝缘套50、55的电绝缘特性使其相对于通过串联连接蓄能模块所有蓄能单元获得的电压提供防接触保护。由于该电压可高于接触保护极限，所以通过绝缘套50、55为进行安装的装配工提供保护。因此绝缘套50、55的设置确保由端板30、35和拉条40、41、42构成的压紧框架电绝缘。
在绝缘套50、55被放入图2的中间构件中之后，通过将由凹槽44(不可见)构成的压力插入式舌片插入端板35的对应缺口49'中，端板35松动地预定位在中间的拉条41上。
在进一步的制造过程中，现在将第一蓄能单元10定位在容纳区域47、48之一中。定位在此首先背面14朝上地进行。
由图4可见，蓄能单元10首先被顺序放入容纳区域48中并且接着被放入容纳区域47中或相反。在此背面14朝向观察者或者说装配工。在本实施例中，蓄能单元列61包括六个依次设置的蓄能单元10。放入容纳区域47中的蓄能单元列60也相应地包括六个蓄能单元10，但这在图4中尚不可见。原则上一个蓄能模块可具有其它数量的依次设置的蓄能单元10。并排设置的蓄能单元列的数量同样也可改变。
图5示出蓄能模块1，在其中在容纳区域47中以所说明的方式设置蓄能单元列60。总共十二个蓄能单元在此这样定位和定向，使得具有连接端子的正面(在图5中不可见)设置在一个平面中。接着如图6所示以给定的力F加载端板30、35，通过该力消除蓄能单元10的鼓凸。随后进行拉条40、41、42与端板35的焊接(附图标记65)。通过夹紧防止了蓄能单元10的重复膨胀，由此提高了各个蓄能单元的性能和使用寿命。当拉力元件构造为紧固带时，在以力F加载端板30、35之后，紧固带分别围绕堆叠成列的蓄能单元设置并且分别自身固定、例如借助焊接接触。当拉力元件被构造为由螺栓和螺母构成的组合体时，在加载端板30、35之后，使螺栓和螺母在实现螺栓连接的情况下固定。
图7示出蓄能模块1的非本发明的螺栓连接。如图所示，在该传统的方法中，突出部106突出于端板30。作为紧固元件的螺栓101插入突出部106中。螺栓101借助螺栓连接装置105固定。
与图7相反，图8示出装置、例如汽车中的蓄能模块1的根据本发明的固定方案。可以看到具有两个端板之一30的根据本发明的蓄能模块1的局部图。端板30在宽度B和高度H上延伸。端板30的内侧被称为第一表面108(参见图2)。位于外侧的表面被称为第二表面109。端板30正如对置的端板35一样通过挤压过程在挤压方向111上被制出。在此借助挤压同时形成凹部107，所述凹部空心圆柱形地沿整个高度H延伸穿过端板30。在该实施例中，设置两个凹部107。凹部107垂直于夹紧方向110延伸。夹紧方向110与力F同向(参见图6)。在凹部107中插入构造为螺栓101的紧固元件，以便将蓄能模块1和装置、例如汽车螺栓连接。如图8可见，凹部107位于第一和第二表面108、109之间和拉条40、42之内。由此凹部107不增加蓄能模块1的结构空间。因此，多个蓄能模块1可格外节省空间地并立设置。
附图标记列表
1蓄能模块48蓄能单元列的容纳区域
10蓄能单元49缺口
11第一极性的连接端子49'缺口
12第二极性的连接端子50绝缘套
13正面54端壁
14背面55绝缘套
15主表面59端壁
16主表面60蓄能单元列
17端面61蓄能单元列
18端面65焊接
20粘接膜101螺栓
30端板105螺栓连接装置
35端板106突出部
40拉力元件、尤其是拉条107凹部
41拉力元件、尤其是拉条108第一表面
42拉力元件、尤其是拉条109第二表面
43凸耳110夹紧方向
44凹槽111纵向延伸方向/挤压方向
45凸耳B宽度
46舌片F力
47蓄能单元列的容纳区域H高度

Claims (13)

1.蓄能模块(1)，用于汽车供电装置，该蓄能模块包括多个棱柱形的蓄能单元(10)，所述蓄能单元堆叠成至少一列(60、61)地依次设置并且通过拉力元件(40～42)夹紧在两个端板(30、35)之间，这两个端板(30、35)中的至少一个具有至少一个凹部(107)用于插入紧固元件(101)，凹部(107)构造在端板(30、35)内部，并且蓄能模块(1)通过插入到凹部(107)中的紧固元件(101)固定在所述汽车供电装置中，所述端板(30、35)由挤压型材制成，所述端板(30、35)在凹部(107)的纵向延伸方向上挤压而成。
2.根据权利要求1的蓄能模块，其特征在于，整个端板(30、35)构造成一体的。
3.根据权利要求1或2的蓄能模块，其特征在于，所述凹部(107)在端板的整个高度(H)或整个宽度(B)上延伸。
4.根据权利要求1或2的蓄能模块，其特征在于，所述凹部(107)在端板的整个高度(H)或整个宽度(B)上构造在端板(30、35)内部。
5.根据权利要求1或2的蓄能模块，其特征在于，端板(30、35)内部被定义为端板(30、35)的第一表面(108)和端板(30、35)的平行于第一表面(108)的第二表面(109)之间的中间空间，这两个表面垂直于拉力元件(40～42)的夹紧方向(110)并且分别构成一个封闭的充有材料的表面。
6.根据权利要求5的蓄能模块，其特征在于，所述第一表面(108)平面式地贴靠在其中至少一个蓄能单元(10)上。
7.根据权利要求1或2的蓄能模块，其特征在于，所述拉力元件构造为拉条(40～42)，蓄能模块(1)至少在一侧通过拉条之一(42)限定，端板(30、35)连同位于内部的凹部(107)不突出于该拉条(42)。
8.根据权利要求1或2的蓄能模块，其特征在于，所述拉力元件构造为拉条(40～42)，蓄能模块(1)至少在一侧通过拉条之一(42)限定，端板(30、35)连同位于内部的凹部(107)不在夹紧方向(110)或垂直于夹紧方向(110)的方向上突出于该拉条(42)。
9.根据权利要求1或2的蓄能模块，其特征在于，所述凹部(107)在横截面中是空心圆柱形或椭圆形的，凹部(107)的长度等于凹部(107)最小直径的至少3倍。
10.根据权利要求9的蓄能模块，其特征在于，所述凹部(107)的长度等于凹部(107)最小直径的至少5倍。
11.根据权利要求10的蓄能模块，其特征在于，所述凹部(107)的长度等于凹部(107)最小直径的至少7倍。
12.根据权利要求1至11之一的蓄能模块(1)的端板(30、35)的制造方法，其特征在于下述步骤：挤压形成端板(30、35)，其中，在挤压期间形成用于插入紧固元件(101)的凹部(107)并且所述凹部(107)在挤压方向(111)上延伸。
13.汽车供电装置，其包括蓄能模块(1)，该蓄能模块包括多个棱柱形的蓄能单元(10)，所述蓄能单元堆叠成至少一列(60、61)地依次设置并且通过拉力元件(40～42)夹紧在两个端板(30、35)之间，这两个端板(30、35)中的至少一个具有至少一个凹部(107)用于插入紧固元件(101)，凹部(107)构造在端板(30、35)内部，并且蓄能模块(1)通过插入到凹部(107)中的紧固元件(101)固定在所述汽车供电装置中，所述端板(30、35)由挤压型材制成，所述端板(30、35)在凹部(107)的纵向延伸方向上挤压而成。
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