CN103490030A - 用于接触连接蓄电单元的连接器单元和其制造方法 - Google Patents

Abstract

一种用于接触连接多个蓄电单元的连接器单元(100)，其包括用于使多个单独的蓄电单元相互连接的电功率连接器(22)，和用于将至少一些极与至少一个电池监测单元相连接的测量导线(23)，其中，所述功率连接器(22)和所述测量导线(22)设置在平面构造的导体部段中；本发明还这样改进一种用于制造这种连接器单元(100)的方法，使得这种连接器单元的造型、制造和装配被简化并降低了成本，在此推荐，所述导体部段至少很大程度上由至少是共同的冲压件(20)制造成型，并且保持在至少一个至少很大程度上电绝缘的固定装置(21)中以构成相联接的组件。

Description

用于接触连接蓄电单元的连接器单元和其制造方法

技术领域

本发明涉及一种用于接触连接多个蓄电单元的连接器单元，其包括用于使多个单独的蓄电单元相互连接的电功率连接器，和用于将至少一些极与至少一个电池监测单元相连接的测量导线，其中，所述功率连接器和所述测量导线设置在平面构造的导体部段中。本发明还涉及一种用于制造这种用于接触连接多个蓄电单元的连接器单元的方法。此外，本发明涉及一种蓄电池，其包括多个蓄电单元以及前述形式的连接器单元。最后本发明还涉及一种蓄电池，其包括多个蓄电单元以及按照前述方法制造的连接器单元。

背景技术

由WO2008/034560A1已知一种具有连接器单元的高压电池，所述连接器单元设计为具有两个上下堆叠的、由绝缘层隔开的、具有不同导体层厚度的导体板。由厚的导体层上成型加工出功率连接器，由薄的导体层上成型加工出用于监测电路的导体轨道。

在EP1363483A2中描述了一种多层导体板联接体及其制造方法，也就是描述了前述形式的导体结构的制造。这种制造方法另外包括这些步骤：“提供导体板胚料，其具有支承板和至少一个用于引导功率电流的、与厚度适配的、导电的、与支承板面连接的导线层”和“减小至少一个导线层的局部的厚度以构成信号导线层”。但是这种已知的制造方法整体上非常麻烦，因为在一共11个所需步骤中要实施各种腐蚀过程，借助腐蚀过程削薄导体轨道层并且成型出导体轨道和开口。

发明内容

本发明所要解决的技术问题在于，如此改进前述形式的连接器单元以及用于制造这种连接器单元的方法，使得这种连接器单元的造型、制造和装配得以简化和成本降低。

所述技术问题在前述形式的连接器单元中这样解决，即所述导体部段至少很大程度上由至少是共同的冲压件制造成型，并且保持在至少一个至少很大程度上电绝缘的固定装置中以构成相联接的组件

在此，所述电功率连接器用于引导有效电流或负载电流通过多个单独的蓄电单元、通过一个或多个耗电装置(例如电动车的发动机)，以满足驱动目的地存储能量。因此，构成所述电功率连接器的导体部段设计尤其用于较大电流，为此需要相应较大的导体横截面。

与之相对地，用作测量导线的导体部段，其构成用于至少一个电池监测单元的测量连接端子，也就是蓄电单元的极与至少一个电池监测单元的连接导线，这种导体部段通常具有比功率连接器明显更小的横截面，因为通过其仅需传导相对较弱的测量电流或信号电流。

所述导体部段(功率连接器和测量导线)按照本发明被制造成型为冲裁栅架。这实现了快速和廉价地大规模制造，这尤其适用于功率连接器必须具有用于高电流尺寸时，也就是对于导体部段需要较大导体横截面时，这通过腐蚀方法制造时非常昂贵。

此外，这种冲压件的设计在制造导体部段和至少一个固定装置的过程中能够以简单的方式实现较大自由度，这可以在设计和制造按照本发明的连接器单元时实现基本上更大的灵活性和简化程度，同时又降低了成本。在此，导体部段优选构成至少单层的结构，由此可以明显简化和降低制造和装配成本。

至少一个至少很大程度上电绝缘的固定装置构成支架矩阵，优选由塑料构成，连接器单元的所有导体部段被组合固定在固定装置内。由此，由导体部段和固定装置构成的连接器单元的整体性形成了组合的组件，其在与蓄电单元组装时，也就是例如在装入蓄电池中时，在制造和维护方面可以非常简单地操作，并且也可以自动地安装。

按照一种优选的扩展设计，按照本发明的连接器单元的导体部段由条带状或扁平带状的导体材料制造成型，所述导体材料在沿其纵向延伸方向连续的区域中具有横向于导体材料的纵向延伸方向变化的厚度。

这种形式的导体材料可以有利地设计为所谓的“连续变截面辊轧板或连续变截面薄板(Tailor Rolled Blank)”，其在以下简称为“TRB”。这种“TRB”在其尺寸方面、亦即宽度和厚度方面，以及也在材料的选择或在复合材料形式的材料组合中，根据所涉及的使用目的的电气和机械要求设置尺寸。

在一种优选的实施形式中，所述电功率连接器至少很大程度上由条带状或扁平带状的导体材料的最大厚度的区域制造成型，并且所述测量导线至少很大程度上由条带状或扁平带状的导体材料的最小厚度的区域制造成型。电功率连接器由“TRB”的较大厚度的区域制造成型可实现用于较大电流的紧凑尺寸规格，与之相对地，对于其内仅流动较弱的信号电流的测量导线的造型而言，导体材料的具有较小厚度的区域已足够，并能节省材料和简化制造。在“TRB”的较大厚度和较小厚度的区域之间的过渡区域中，厚度的设计分别根据连接器单元上的电气或机械要求来选择。如以下进一步阐述，电功率连接器和测量导线之间的电气和机械连接结构优选由“TRB”的过渡区域成型，为了至少一个功率连接器的导热还优选提供这种连接结构，并且这种连接结构在这种情况中具有比例如仅作为测量连接端子用于传导信号电流和/或用于固定未由固定装置直接固定的导体部段的连接结构更大的厚度和/或更大的宽度。

在按照本发明的连接器单元的另一种优选的实施形式中，所述连接器单元上所选取的导体部段还通过对平面形状的导体材料的平面延伸段的垂直方向的变形加工被成形。这种变形尤其能够以有利方式通过弯边、压印、纵割和其它变形加工过程进行。按照一种用于这种变形结构的有利的实施例，条带状或扁平带状的导体材料垂直于其平面延伸段通过测量连接端子的弯折被变形。

通过所述变型，尤其前述弯折，按照本发明的连接器单元可以与蓄电单元的安装空间在空间上最大可能地匹配。测量连接端子的弯折还具有这样的优点，即由此使得由电功率连接器引起的机械应力可以远离敏感的测量导线。

本发明另一种优选的实施形式的特征在于，至少一个电气和/或电子构件安置在所述连接器单元上、尤其插入至少很大程度上电绝缘的所述固定装置中并且与所述至少一个导体部段、优选与所述至少一个测量导线电气连接。

电气和/或电子构件的这种集成形式可以实现简单、紧凑和廉价的构造并且实现对与蓄电单元联接运行(例如用于电池控制和监测的电路之一)的电气和/或电子配置的简单、快速的装配。

按照一种有利的扩展设计，至少一个插接装置安置在所述连接器单元上、尤其与至少很大程度上电绝缘的所述固定装置相连接地与所述至少一个导体部段、优选与所述至少一个测量导线电气连接。

由此，连接器单元能够根据插接装置的构造可选地将多个单独的电池单元或构成蓄电池的蓄电单元的整体与外部控制和监测电路相连。由此，蓄电池与外部控制和监测电路的快速简单的连接可以在制造和维护中实现。

按照本发明的另一种扩展设计，至少一个传感器装置安置在所述连接器单元上、尤其插入至少很大程度上电绝缘的所述固定装置中并且与所述至少一个导体部段、优选与所述至少一个测量导线电气连接。

通过所述构造可以实现传感器装置简单的装配，并且同时尽可能密集地将传感器装置设置在测量位置上。在此，用于检测不同测量值的传感器装置以简单的方式设置在连接器单元上。因此根据传感器装置的配设可以简单直接地测取一个或多个电池单元的电压和电流。

一种特别有利的扩展设计由此获得，即至少一个传感器装置设有至少一个温度传感器。通过这种方式可以简单直接地测量一个或多个蓄电单元、优选也可以测量整个蓄电池的工作温度。这种工作温度的测取对于安全运行地控制这种蓄电池的使用具有重大意义。

在另一种扩展设计中，所述至少一个温度传感器与所述至少一个测量导线导热地连接，并且所述至少一个测量导线被布设为与所述功率连接器中的一个导热连接。

所涉及的至少一个测量导线因此以有利的方式用于至少两重目的。除了构成电气优选以及机械连接以外，测量导线还用于优选通过电功率连接器传递在蓄电单元的工作中出现的热。为了构成导热连接，测量导线与相关的功率连接器加强地连接，也就是说，其具有比纯粹的电气要求和必要时机械要求更大的横截面。测量导线在其相应的功率连接器和温度传感器之间的部段中具有加宽结构；可选地这种加大的横截面通过在该区域中加大的厚度获得。

上述技术问题还通过前述类型的一种用于制造连接器单元的方法得以解决，在至少一个第一方法步骤中，至少一些测量导线和/或功率连接器被部分或完全地冲压和/或切割；在至少一个第二方法步骤中，制造成型出至少一个固定装置和/或与在至少一个第一方法步骤中作为测量导线和/或功率连接器被部分或完全地冲压和/或切割出的导体部段相连接，并且必要时在至少一个第三方法步骤中，完成对测量导线和/或功率连接器的冲压和/或切割。

通过按照本发明的制造方法的方法步骤的这种划分可以实现，由多个单独的导体部段构成组合在制造过程中保持足够的形状稳定性，因此可以避免由于安装固定装置造成的损害。所述至少一个第三方法步骤包括冲压和切割过程，它们用于至少部分地到全部地机械和电气地分割多个单独的导体部段。这是为了获得用于按照本发明的连接器单元所期望的结构造型所必需的，在此至少一个第三步骤包括其他的变形过程或步骤，例如弯边、弯折、压印、纵割和其它的用于成型导体部段的加工过程。在此需要注意的是，这种形式的步骤基本上也可以转而用于半导体元件的制造。

尤其为了前述目的按照本发明的方法的一种优选的扩展设计，在至少一个第一方法步骤中，在至少一些测量导线和/或功率连接器之间保留至少一个由导体材料构成的固定桥，并且在至少一个第三方法步骤中分割所述固定桥。

这种固定桥形成导体部段之间的连接结构，并且由此形成装配辅助结构，通过装配辅助结构可以固定和稳定多个单独的导体部段相互的位置，并且因此在这些导体部段仍未通过固定装置、也就是支架矩阵被充分地固定在其相对位置上之前，装配辅助结构相互固定和稳定按照本发明的连接器单元的导体部段的整体性。在第三方法步骤中，固定装置的制造和/或装配之后可以切掉或冲裁掉这些用于固定连接器单元的固定桥。

按照本发明的方法的另一种扩展设计，所述至少一个固定装置通过注塑成型。

在此优选借助注塑成型将导体部段在塑料中成型，其中在填充塑料之前导体部段处于这种结构造型中，其中导体部段已经通过至少一个第一方法步骤构成。优选由塑料完整地包围导体部段或包围导体部段的局部，尤其是测量导线，导体部段在至少一个第一方法步骤中完成加工，并且保留的固定桥位于待制造的塑料的外壳之外。

在按照本发明的方法中可选择地在制造导体部段之外进行至少一个必要时多构件式的固定装置的预先制造，并且紧接着在至少一个第二方法步骤中将至少一个必要时多构件式的固定装置安装在导体部段上。在前述情况中，固定装置的装配例如通过粘接、焊接、螺栓连接、卡锁连接或其它连接方法实施。

在按照本发明的方法的另一种扩展设计中，所述连接器单元的导体部段由连续的、条带状或扁平带状导体材料冲压和/或切割制成，所述导体材料在其沿其纵向延伸方向连续的区域中具有横向于导体材料的纵向延伸方向变化的厚度。这种导体材料设计为所谓的“连续变截面辊轧板或连续变截面薄板”，简称“TRB”，优选被滚子连续地加工。这使得导体部段能够非常快速、自动地并且因此廉价地被制造。

按照本发明的方法的有利的扩展设计，在所述第一和第二方法步骤中，制造一组通过至少在一些和/或一个导体部段上成型出固定装置的材料而相联接的连接器单元。尤其在加工由“TRB”构成的导体材料时，允许以有利的方式联合地制造多个杆状材料形式的连接器单元。其中，连接器单元仅通过构成固定装置的材料被联接，但是也可以附加地设置为固定桥的形式。

按照本发明的方法的一种优选的扩展设计，连接器单元在至少一个第三方法步骤中被分开。

这种分开可以直接地结合连接器单元的制造而进行。但是，连接器单元可以相连接地制造，并且被提供用于在蓄电单元或蓄电池上的安装，连接器单元具有条带状或杆状材料的形式，并且在安装之前才直接分开，例如通过剪切、锯断、折断等方式。为了通过折断而分开连接器单元，所述材料在每两个连接器单元之间的区域中优选设置预定断裂位置，优选仅在固定装置(支架矩阵)的材料中设置，其中相邻的连接器单元之间的导体部段相互间优选不具有这种连接。

上述技术问题还通过一种蓄电池得以解决，其包括若干蓄电单元，所述蓄电池的特征在于前述形式的连接器单元。所述技术问题尤其通过一种蓄电池得以解决，其包括若干蓄电单元，所述蓄电池的特征在于按照前述形式的方法制造的连接器单元。

附图说明

图1示出按照本发明的连接器单元的实施例，以下进一步说明该实施例。

具体实施方式

在图1中以附图标记100标注连接器单元，其按照本发明实施。连接器单元100包括由连续变截面薄板(简称TRB)作为共同的冲压件制成的冲裁栅架20，还包括设计为支架矩阵的固定装置21。

沿连接器单元100的纵向延伸方向观察，冲裁栅架20在加工完成的状态中在其两侧的边缘区域各包括若干设计为面状的电功率连接器22以及在中部区域包括若干同样设计为面状的测量导线23。电功率连接器22的适用于传导较高电流的结构具有与待接入的电流强度相应的宽度，并且具有足够的厚度，优选几个毫米，与之相对地测量导线23具有基本上较小的厚度，优选基本小于1毫米。相应地，为了制造冲裁栅架20而使用“TRB”,其横向于其纵向延伸方向(该纵向延伸方向与连接器单元100的纵向延伸方向重合)在厚度方面这样变化，即边缘区域有几个毫米厚，而中部区域优选具有小于1毫米的厚度。

在按照图1的连接器单元100中，由边缘区域和中部区域之间的过渡区域成型加工出测量连接端子24，其宽度和厚度这样设置尺寸，通过测量连接端子24使得与支架矩阵21机械且电气地相连的功率连接器22能够足够稳定地固定。“TRB”例如可以这样构造，使得测量连接端子24在支架矩阵21之外具有至少与功率连接器22相同的厚度，并且所述厚度在支架矩阵21内部才连续地降低至为测量导线23选择的尺寸。为了将测量连接端子24更好地保持在支架矩阵21中，测量连接端子24的材料在支架矩阵21内部具有压印的表面结构，例如槽纹。

在此，所用的“TRB”优选由镀锡的、扁平带状的铜材料构成。为了制造冲裁栅架20，在一个或多个第一方法步骤中冲压出测量导线23的轮廓，并且至少冲压出导线连接器22的内部轮廓。优选在第一方法步骤中将测量连接端子24弯曲。

支架矩阵21在按照图1的实施例中设计为塑料注塑体。该塑料注塑体在第二方法步骤中围绕测量导线23和冲裁栅架20的中部区域注射成型出测量连接端子24的弯折的部段，因此这些部件通过支架矩阵21相互连接成整体的构件。在按照图1的支架矩阵21的构造中，在测量导线23之间的第一凹口26用于节省材料和重量。在测量导线23之上的第二凹口27通过夹紧装置构成，导体部段、尤其是测量导线23借助夹紧装置在通过塑料注塑制造支架矩阵21的过程中保持在位置上。

然后在至少一个第三步骤中进行其余的冲压和/或切割过程。在此，例如完成导线连接器22的外部轮廓28的切割，并且在导线连接器22和测量导线23的可能的部件之间存在的固定桥被分割。

按照图1的连接器单元100还包括传感器装置29，尤其温度传感器，其设置在位于支架矩阵21的凹口中的尤其为此构造的测量连接端子30的部段上。相对于其它的仅按照电流导线和机械强度而设置尺寸的测量连接端子24，配属传感器装置29的测量连接端子30设计得更宽。测量连接端子30的宽度这样设置尺寸，使得从相邻的功率连接器22到传感器装置29构成具有足够导热性的导热桥，用于实现足够精确的温度测量。

在支架矩阵21的端部还配备插接装置31，测量导线23通过其可以与外部仪器相连，例如外部的电池监测线路。

功率连接器22可以与蓄电单元的、尤其蓄电池的极相连接。这种连接例如通过焊接实现，但也可以通过螺栓连接，为此功率连接器22配设螺栓孔32。在按照图1的实施例中，功率连接器22和螺栓孔32这样选择，使得每两个蓄电单元可以并联，并且总共六个蓄电单元或六个分别由两个蓄电单元构成的六个并联电路可以串联。为此，功率连接器22的外部轮廓28这样构造，使得在功率连接器中形成至少很大程度上相同形式的电流密度。

借助按照本发明的连接器单元，可以将多个电池单元、亦即蓄电单元自动地和廉价地与功率连接器以及测量连接端子相连。在此，蓄电单元所需的测量数据可以在设计为插接装置的接口处被调取。作为对前述实施例的补充，在支架矩阵上还可以设置其他的电路，借助它们能够处理测量数据，使得通过插接装置输出已处理的数据。

在当前的实施例中，“TRB”由单一的材料构成，在此是铜。取而代之地也可以根据需要使用复合材料，其中通过材料组合例如获得“TRB”的不同的厚度。作为对这种预定材料的成型的补充，所述材料优选在其厚度尺寸的过渡区域通过连续的变型过程按照要求被继续加工，优选通过局部的变型，例如弯边、压印、纵割等。

按照本发明的连接器单元的支架矩阵允许导体部段集合成可自动支撑的构件，并且实用地构成用于测量和监测的接口。作为对前述的、单独的插接装置的补充，也可以在连接器单元上设置多个插接装置，这可以实现灵活的应用。

附图标记清单

20   冲裁栅架

21   支架矩阵

22   功率连接器

23   测量导线

24   测量连接端子

25   连续变截面薄板(TRB)

26   21中的第一凹口

27   21中的第二凹口

28   22的外部轮廓

29   传感器装置(温度传感器)

30   用于29的测量连接端子

31   插接装置

32   螺栓孔

100  连接器单元

Claims (17)

1.一种用于接触连接多个蓄电单元的连接器单元(100)，其包括用于使多个单独的蓄电单元的极相互连接的电功率连接器(22)，和用于将至少一些所述极与至少一个电池监测单元相连接的测量导线(23)，其中，所述功率连接器(22)和所述测量导线(23)一起设置在平面构造的导体部段中，其特征在于，所述导体部段至少很大程度上由至少是共同的冲压件(20)制造成型，并且保持在至少一个至少很大程度上电绝缘的固定装置(21)中以构成相联接的组件。

2.按照权利要求1所述的连接器单元(100)，其特征在于，所述连接器单元(100)的导体部段由条带状或扁平带状的导体材料(25)制造成型，所述导体材料具有沿其纵向延伸方向连续的区域，这些区域具有横向于导体材料的纵向延伸方向变化的厚度尺寸。

3.按照权利要求2所述的连接器单元(100)，其特征在于，所述电功率连接器(22)至少很大程度上由条带状或扁平带状的导体材料(25)的最大厚度的区域制造成型，并且所述测量导线(23)至少很大程度上由条带状或扁平带状的导体材料(25)的最小厚度的区域制造成型。

4.按照权利要求1至3之一所述的连接器单元(100)，其特征在于，所述连接器单元(100)上所选取的导体部段(24;30)还通过对平面形状的导体材料的平面延伸段的垂直方向的变形加工被成形。

5.按照前述权利要求之一所述的连接器单元(100)，其特征在于，至少一个电气和/或电子构件安置在所述连接器单元(100)上、尤其插入至少很大程度上电绝缘的所述固定装置(21)中并且与所述至少一个导体部段、优选与所述至少一个测量导线(23)电气连接。

6.按照权利要求5所述的连接器单元(100)，其特征在于，至少一个插接装置(31)安置在所述连接器单元(100)上、尤其与至少很大程度上电绝缘的所述固定装置(21)相连接地与所述至少一个导体部段、优选与所述至少一个测量导线(23)电气连接。

7.按照权利要求5或6所述的连接器单元(100)，其特征在于，至少一个传感器装置(29)安置在所述连接器单元(100)上、尤其插入至少很大程度上电绝缘的所述固定装置(21)中并且与所述至少一个导体部段、优选与所述至少一个测量导线(23)电气连接。

8.按照权利要求7所述的连接器单元(100)，其特征在于，所述至少一个传感器装置(29)设有至少一个温度传感器。

9.按照权利要求8所述的连接器单元(100)，其特征在于，所述至少一个温度传感器与所述至少一个测量导线(23)导热地连接，并且所述至少一个测量导线(23)被布设为与所述功率连接器(22)中的一个导热连接(30)。

10.一种用于制造如前述权利要求之一所述的用于接触连接多个蓄电单元的连接器单元(100)的方法，其特征在于，

-在至少一个第一方法步骤中，至少一些测量导线(23)和/或功率连接器(22)被部分或完全地冲压和/或切割出，

-在至少一个第二方法步骤中，制造成型出至少一个固定装置(21)和/或与在至少一个第一方法步骤中作为测量导线(23)和/或功率连接器(22)被部分或完全地冲压和/或切割出的导体部段相连接，并且

-必要时在至少一个第三方法步骤中，完成对测量导线(23)和/或功率连接器(22)的冲压和/或切割成型。

11.按照权利要求10所述的方法，其特征在于，在至少一个第一方法步骤中，在至少一些测量导线(23)和/或功率连接器(22)之间保留至少一个由导体材料构成的固定桥，并且在至少一个第三方法步骤中分割所述固定桥。

12.按照权利要求10或11所述的方法，其特征在于，所述至少一个固定装置(21)通过注塑成型。

13.按照权利要求10至12之一所述的方法，其特征在于，所述连接器单元(100)的导体部段由连续的、条带状或扁平带状导体材料(25)冲压和/或切割制成，所述导体材料(25)在其沿其纵向延伸方向连续的区域中具有横向于导体材料的纵向延伸方向变化的厚度尺寸。

14.按照权利要求13所述的方法，其特征在于，在所述第一和第二方法步骤中，制造一组通过至少在一些和/或一个导体部段上成型出固定装置(21)的材料而相联接的连接器单元(100)。

15.按照权利要求14所述的方法，其特征在于，所述连接器单元(100)在至少一个第三方法步骤中被分开。

16.一种蓄电池，包括多个蓄电单元，其特征在于按照权利要求1至9之一所述的连接器单元(100)。

17.一种蓄电池，包括多个蓄电单元，其特征在于按照权利要求10至15之一所述的方法制成的连接器单元(100)。