CN103620821A - 用于在蓄电池单元的至少三个端子之间建立导电连接的连接器 - Google Patents

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Abstract

本发明描述了一种用于在蓄电池单元(C1、C2、C3)的至少三个端子之间建立导电连接的连接器(100)。所述连接器(100)包括至少三个固定区域(10-1、10-2、10-3)和至少两个导电的连接区域(14—1、14—2)，在所述至少三个固定区域中分别可固定或者已固定蓄电池单元(C1、C2、C3)的一个端子，其中，所述连接区域(14—1、14—2)中的每个连接区域被设置在一对固定区域(10-1、10—2；10—2、10-3)之间、将其导电地连接并且包括子区域(18—1、18—2)，所述子区域具有垂直于连接所述一对固定区域(10-1、10-2；10-2、10—3)的连接线(16)的横截面(22)，其横截面面积如此地减小，使得在所述子区域(18—1、18—2)中的电流提高时引起所述子区域(18—1、18—2)的熔断。

Description

用于在蓄电池单元的至少三个端子之间建立导电连接的连接器
技术领域
本发明涉及一种用于在蓄电池单元的至少三个端子之间建立导电连接的连接器以及一种具有依据本发明所述的连接器的蓄电池模块。
背景技术
包括一个或者多个直流的蓄电池单元的蓄电池用作电化学储能器和换能器。在蓄电池或者相应的蓄电池单元放电时，在该蓄电池中所存储的化学能将通过电化学氧化还原反应转化为电能。能够由用户根据需求来要求该电能。
特别地，在混合动力和电动车辆中，将锂离子蓄电池或者镍金属氢化物蓄电池用在所谓的蓄电池组中，该些蓄电池由大量的串联连接的电化学单元组成。在此，通常来说，包含蓄电池状态识别装置的蓄电池管理系统被用于安全监控和确保尽可能高的使用寿命。
其中，单个的蓄电池单元将借助于连接器被连接至蓄电池，它们又将通过另外的连接器的装置被连接至蓄电池组。通常来说，用于构建整个系统的蓄电池单元以电气的串联电路相互连接，由此使得容量和可提供的最大电流保持恒定，但是该系统的电压将显著地提高(直至几百伏)。仅有限制地进行单元的并联电路。通常来说，因为在两个蓄电池单元中的一个中发生短路情况下，相应的另一个蓄电池单元将负载长时间的高的短路电流，在这种情况下仅会最多并联两个蓄电池单元。
其中，蓄电池单元和连接器通过螺丝连接相互连接是广泛使用的。其中，蓄电池单元的阳极或者正极由铝制成而阴极或者负极由铜制成。为了在蓄电池单元之间建立导电连接，将使用单元连接器，其被放在端子上的外螺纹上并且借助于母螺纹收紧。
另一替代类型的单元连接包括在单元连接器和相应的端子之间建立材料连接，例如通过接合或者焊接、或者在使用铆钉的情况下建立形状配合的和／或力配合的连接。
如上文所述，因为在短路的情况下，两个蓄电池单元中的一个蓄电池单元将负载长时间的、高的短路电流，所以具有高的能量含量(所谓的高能量单元)的蓄电池单元将装备有内部的安全装置，其在这样的长时间的负载时将被烧断并且由此保护蓄电池单元和系统。然而，这样的保护装置具有如下缺点，即必须不可避免地更换该蓄电池单元。在具有较低的容量的蓄电池单元中完全不会使用这样的保护装置。
发明内容
依据本发明提供了一种连接器，其适于在蓄电池单元的至少三个端子之间建立导电连接。其中，端子理解为蓄电池单元的一部分，其在蓄电池单元主体中与电极导电连接并且具有如下分段，即从所述蓄电池单元主体中突出的所谓的蓄电池极。所述连接器包括至少三个固定区域，在所述固定区域中分别可固定或者已固定蓄电池单元的一个端子。此外，所述连接器包括至少两个导电的连接区域。所述连接区域中的每个连接区域被设置在一对固定区域之间并且导电地连接所述一对固定区域。在此，所述连接区域和所述固定区域能够无结构性的区域边界地相互合并。例如，所述连接器能够总体上一体成型。在这种情况下，分为连接区域和固定区域的不同的子部分是可以想象的并且区域边界的走向是抽象上的性质。
此外，所述连接区域中的每个连接区域包括子区域，其具有垂直于连接一对固定区域的线的横截面，如此地减小其横截面面积，使得在所述子区域中的电流提高了的情况下引起所述子区域的熔断。更确切地说，穿过垂直于连接一对固定区域的线的子区域的切口的存在而具有减小了的面积。所连接的线基本上平行于电流方向，当所述连接器与蓄电池单元的所述端子连接时，在所述连接区域所连接的所述固定区域之间的电流以该电流方向在运行的状态下流动。
在所述子区域的电阻由于该减小的横截面面积将提高，并且在所述子区域中的电流提高了时引起温度上升，所述温度上升造成所述子区域的熔断。通过所述子区域的所述熔断实现了所述连接器的分离，并且由此实现了(有缺陷的)蓄电池单元从所述整个连接的解耦。由此实现了多于两个蓄电池单元的并联电路并且同时提供了安全装置，其在并联连接中的所述蓄电池单元中的一个蓄电池单元故障时能够起作用。
因此优选地设置，所述横截面面积如此地减小，从而使得当在所述子区域中流过的电流超过预先确定的电流阈值时引起所述子区域的熔断，所述电流阈值能够推定与所述连接器连接的蓄电池单元的故障功能。
尤其是在引起在与所述连接器连接的所述蓄电池单元中的短路的情况下。由此能够实现将多于两个蓄电池单元相互并联连接并且同时降低在蓄电池单元中的一个短路的情况下的热击穿的危险并且由此降低与之关联的所述并联连接的蓄电池单元的放电。
典型地，所述连接器被带状地构造并且由良好导电的材料制成，尤其是由铜或者铝制成。
在所述子区域中的所述横截面面积的减小优选地通过使得在该子区域中的包括所述子区域的连接区域具有空白区域或者空隙来实现，例如长孔、开口或者具有多个设置在一列中的孔。这实现了所述连接器的简化了的制造。
优选地，所述连接器具有恰好三个固定区域和恰好两个设置于其间的连接区域。
本发明的另一个方面涉及一种蓄电池模块，其包括至少三个优选为锂离子蓄电池单元的蓄电池单元和至少一个依据本发明所述的连接所述蓄电池单元的端子的连接器。
本发明的另一个方面涉及一种蓄电池，优选为锂离子蓄电池，其包括多个依据本发明所述的蓄电池模块，所述多个蓄电池模块串联或者并联连接。
本发明的又一个方面涉及一种机动车，尤其是电机可驱动的机动车，其包括至少一个依据本发明所述的蓄电池，其中，所述机动车包括依据本发明所述的至少一个蓄电池，其中，所述蓄电池与所述机动车的驱动系统相连接。
附图说明
借助于附图和后续的说明书进一步阐述本发明的实施例。其中：
图1示出了依据本发明的第一实施形式的连接器；
图2示出了依据本发明的第二实施形式的连接器；以及
图3至图5示出了示出了用于解释依据本发明的连接器的工作方式的等效电路。
具体实施方式
图1示出了依据本发明的第一实施形式所述的、总体上以100标注的连接器。带状地并且整块地构造该连接器100并且由艮好导电的材料如铜或者铝来形成。该连接器100包括第一固定区域10—1、第二固定区域10-2和第三固定区域10—3。在这三个固定区域10-1、10-2、10-3中的每个固定区域中，分别设置有固定点12—1、12—2、12—3，在这些固定点处可固定或者已固定三个未示出的蓄电池单元的相同极性的端子。此外，该连接器100包括第一连接区域14—1和第二连接区域14—2，其中，该些连接区域14—1、14—2中的每个连接区域分别设置在一对连接区域之间并且将其导电地连接。
更确切地说，该第一连接区域14—1被设置在第一固定区域10—1和第二固定区域10—2之间并且将其导电地连接。相应地，第二连接区域14—2被设置在第二固定区域10-2和第三固定区域10-3之间并且将其导电连接。在第一固定区域10-1和第二固定区域10—2之间，尤其是在第一固定点12-1和第二固定点12—2之间能够设置连接线16，其基本上限定了在蓄电池单元的端子之间的电流的方向。
连接区域14—1、14—2中的每个连接区域包括子区域18—1、18—2，在其中设置有形式为长孔20-1、20-2的空白区域。穿过子区域18—1的、垂直于连接线16的切口22，由于长孔20—1的存在而具有如下的横截面面积，该横截面面积相较于通常的、在子区域18—1之外的连接区域14—1减小了。由此使得在子区域18—1内的电阻提高了并且引起在第一子区域18—1内的较强的温度上升，当在第一子区域18—1中流动的电流超过预先确定的电流阈值时，该电流阈值能够推定与该连接器100连接的蓄电池单元中例如在固定在第一固定点12—1处的蓄电池单元的短路。由于在第一子区域18—1内的较强的温度上升将引起在该子区域中的熔断并且由此引起在第一子区域18—1中的连接器100的分离。据此实现了在第一固定点12—1处固定的蓄电池单元的分离。
长孔18—1、18—2如此地定尺寸，即在正常的电流负载时，电阻相较于完整地成形的连接器来说并无本质上的提高。在出现表明并联连接的蓄电池单元的严重的问题的电流负载时，尤其是表明在一个蓄电池单元中的短路时，由于切口22的子区域18—1的减小了的面积才会引起如此大的温度提高，从而造成连接器100的熔断。在第一子区域18—1熔断之后，在第二和第三固定区域10—2、10-3以及第二连接区域14—2之内的连接器100保持未被损坏，从而使得该并联连接的蓄电池单元还能够使用。横截面面积22的尺寸确定保证连接器100的安全的电流。
通过在由新的蓄电池单元更换有缺陷的蓄电池单元的同时移除从现在起有缺陷的连接器100并且由新的连接器来代替之能够实现包括该连接器的蓄电池的维修。
图2以本发明的第二实施形式示出了依据本发明的连接器100，其与图1所示出的实施形式的区别在于代替两个长孔18—1、18—2设计有形式为多个孔的空白区域，其被设置在两个列24—1、24—2之中。依据本发明的第二实施形式的连接器100的工作方式基本上相应于图1所示出的连接器。
图3至图5示出了用于解释依据本发明所述的连接器100的工作方式的示意等效电路图。图3示出了一个蓄电池模块200，其包括三个蓄电池单元C1、C2、C3，它们并联连接并且在其正的或者负的极上分别通过依据本发明所述的连接器100来连接。此外，子区域18—1、18—2分别通过用于电阻的电路符号R来示出。两个所示出的依据本发明所述的连接器100中的一个连接器能够通过由现有技术已知的连接器来替代，而不会损害依据本发明的目的的工作方式。未示出的蓄电池包括多个在图3中示出的蓄电池模块200，这些蓄电池模块串联或者并联连接。
在图4中示意性地示出了在蓄电池单元C1中的短路如何影响在图3所示出的装置。在第一蓄电池单元C1中流过的整个短路电流将由第二蓄电池单元C2和第三蓄电池单元C3所提供的电流汇聚在一起。由此引起在第一蓄电池单元C1和第二蓄电池单元C2之间的电阻R的较强的升温，由此也引起在连接器100的第一子区域18—1中的升温。该连接器如此地升温，从而引起子区域18—1的熔断并且由此引起第一蓄电池单元C1的电分离，其在图5中示意性地在子区域18—1中通过用于断开的开关的电路符号来示出。

Claims (11)

1.一种用于在蓄电池单元(C1、C2、C3)的至少三个端子之间建立导电连接的连接器(100)，其特征在于，所述连接器(100)包括至少三个固定区域(10-1、10-2、10-3)和至少两个导电的连接区域(14-1、14-2)，在所述至少三个固定区域(10—1、10-2、10—3)中分别可固定或者已固定蓄电池单元(C1、C2、C3)的一个端子，其中，所述连接区域(14—1、14-2)中的每个被设置在所述固定区域中的一对固定区域(10—1、10-2；10-2、10-3)之间，将其导电地连接，并且包括子区域(18—1、18—2)，所述子区域具有垂直于连接所述一对固定区域(10-1、10-2；10-2、10-3)的连接线(16)的横截面(22)，其横截面面积如此地减小，使得在所述子区域(18—1、18—2)中的电流提高时引起所述子区域(18—1、18-2)的熔断。
2.根据权利要求1所述的连接器(100)，其中，所述横截面面积如此地减小，从而使得当在所述子区域(18—1、18—2)中流过的电流超过预先确定的电流阈值时，引起所述子区域(18—1、18—2)的熔断，所述电流阈值能够推定与所述连接器(100)连接的蓄电池单元(C1、C2、C3)的故障功能，特别是推测出与所述连接器(100)连接的所述蓄电池单元(C1、C2、C3)中的短路。
3.根据前述权利要求中任一项所述的连接器(100)，其中，所述连接器(100)被构造为带状。
4.根据前述权利要求中任一项所述的连接器(100)，其中，所述连接区域(14—1、14-2)在所述子区域(18—1、18—2)中具有至少一个空白区域或者空隙(20-1、20-2；24—1、24-2)。
5.根据权利要求4所述的连接器(100)，其中，所述连接区域(14-1、14-2)在所述子区域(18—1、18—2)中具有长孔(20—1、20-2)或者开口。
6.根据权利要求4所述的连接器(100)，其中，所述连接区域(14—1、14-2)在所述子区域(18—1、18—2)中具有多个设置在一列中的孔(24—1、24-2)。
7.根据权利要求2至6中任一项所述的连接器(100)，其中，所述连接器(100)具有恰好三个固定区域和恰好两个连接区域。
8.根据前述权利要求中任一项所述的连接器(100)，其中，所述连接器(100)由良好导电的材料特别是铜或者铝制成。
9.一种蓄电池模块(200)，其包括至少三个蓄电池单元(C1、C2、C3)，其特征在于，所述蓄电池模块(200)包括至少一个依据前述权利要求中任一项所述的连接器(100)，其中，所述连接器(100)连接所述蓄电池单元(C1、C2、C3)的端子。
10.一种蓄电池，特别是锂离子蓄电池或者镍金属氢化物蓄电池，其包括多个根据权利要求9所述的蓄电池模块(200)，所述多个蓄电池模块串联或者并联连接。
11.一种机动车，特别是电机可驱动的机动车，其特征在于，其包括至少一个根据权利要求10所述的蓄电池(200)，其中，所述蓄电池与所述机动车的驱动系统连接。
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