CN104685666A - 电池模块以及包括这种电池模块的电池和机动车 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种电池模块(12)。该电池模块(12)包括多个具有极端子(16)的电池电芯(10)、多个电芯连接器(18)以及模块盖(24)，该电芯连接器将电池电芯(10)的极端子(16)相互导电连接。其特点在于，电芯连接器(18)和模块盖(24)包括用于电压测量和/或温度测量的插接触头(22、28)，其中电芯连接器(18)的插接触头(22)与模块盖(24)的插接触头(28)共同作用并且电芯连接器(18)的插接触头(22)与模块盖(24)的插接触头(28)相接触。
Description
技术领域
本发明涉及一种电池模块，该电池模块包括多个具有极端子的电池电芯、多个电芯连接器以及模块盖，该电芯连接器将电池电芯的极端子相互导电连接。本发明还涉及具有至少一个电池模块的电池以及具有该电池的机动车。
背景技术
在未来呈现的趋势是，不仅在如风力设备这样的静态应用领域中、设计成混合动力车或电动车的机动车中使用新型电池系统，而且在如笔记本电脑或者移动电话这样的电子设备中也使用新型电池系统，这些设备在可靠性、安全性、工作效率和使用寿命方面都有很高要求。
基于锂离子技术的电池电芯注定有广泛的应用领域。该电池电芯的突出之处尤其在于高能量密度和非常小的自动放电。锂离子电池电芯具有至少一个正电极和至少一个负电极(阳极和阴极)，这些电极能够可逆地存储(嵌入)锂离子(Li+)或再次将锂离子输出(脱嵌)。
通常，由多个电池电芯组成一个电池模块，然后由多个电池模块组成电池。这通过使电池电芯的极端子并联或串联来实现。
图1示出了可如何构建电池模块12的电池电芯10的这种串联连接。根据图1，模块盖24置于特别是由塑料制成的电池模块12上，其中，极端子16穿过在模块盖24中的凹空部伸出。通常通过可实施为汇流排的电芯连接器18进行极端子16的连接。电芯连接器18通过未示出的螺母与电池电芯10的极端子16螺纹连接或可代替地焊接。模块盖24通常还具有孔，通过该孔可触及电池电芯10的泄气阀。电池的电压例如是在12伏和750伏之间的直流电压。
在现有技术的文献中，术语电池、电池模块、电池组和电池经常作为近义词使用。
为了产生锂离子的嵌入或锂离子的脱嵌，需要有所谓的锂离子导电盐的存在。在现今的锂离子电芯中，通常在终端消费者领域、例如移动电话、MP3播放器或电动工具(动力工具)中以及在汽车领域、例如混合动力车(HEV＝Hybrid Electric Vehicle)、插电式混合动力车(PHEV＝Plug-in Hybrid Electric Vehicle)、小型混合动力车和电动车(EV＝Electric Vehicle)中使用六氟磷酸锂(LiPF6)作为锂导电盐。在锂离子电池电芯充电和放电时锂离子穿过隔板来回游走。
为了对在电池内部的电池电芯的单个电芯电压和温度进行控制，传感器导线从电池电芯的极端子被引导至电芯监测电路板(CSC＝Cell Supervising Curcuit)。传感器导线通常实施为缆线或冲压格栅，由此在安装时可能会出现短路。
DE102010022689A1公开了一种布线元件，该布线元件具有用于截获电压和监控温度的旗形部。该旗形部在电池模块的内部与电芯连接器以材料连接的方式连接。布线元件可以通过共有的插接件与测量评估装置连接。
US2010/0297492A1公开了一种电芯连接器，该电芯连接器同样具有旗形部。该旗形部能够用于确定在电池模块内部的电池电芯的电势。
发明内容
根据本发明提供一种电池模块。该电池模块包括多个具有极端子的电池电芯、多个电芯连接器以及模块盖，该电芯连接器将电池电芯的极端子相互导电连接。其特点在于，电芯连接器和模块盖包括用于电压测量和/或温度测量的插接触头，其中电芯连接器的插接触头与模块盖的插接触头共同作用并且电芯连接器的插接触头与模块盖的插接触头相接触。
电芯连接器通常实施为汇流排。极端子在电芯连接器的连接部位处与电芯连接器导电地连接、特别是螺纹连接或焊接。为此，连接部位可以具有用于引导极端子穿过电芯连接器的凹空部、即例如孔。电池电芯通常是具有形状稳定的电池电芯壳体(硬壳式电池电芯壳体)的电池电芯，特别地，该电池电芯壳体具有棱柱形状。此外特别地，在这种电池电芯壳体中通常电池电芯的极端子布置在电池电芯的同一侧处。在电池模块中，电池电芯有利地相互并排地布置，其中极端子布置在电池模块的同一侧处。模块盖通常靠近这一侧。对此，模块盖可以构造为板形，其中模块盖通常包括凹空部，电池电芯的极端子可以被引导穿过该凹空部。
电芯连接器的插接触头与模块盖的插接触头共同作用，并且通过例如使电芯连接器的插接触头与模块盖的插接触头相互插入而使得电芯连接器的插接触头与模块盖的插接触头相接触。该接触是导电的和/或导热的。
通过本发明，借助插接件使为了测量单个电芯电压和/或温度所必需的连接件集成到模块盖中或模块盖上。因此实现了以简单而且成本有利的方式接触各个电芯连接器并且还间接地接触与电芯连接器连接的电池电芯以对单个电芯电压和温度进行测量。
优选地，电芯连接器的插接触头是电芯连接器的一体式组成部分。通过使电芯连接器的插接触头由电芯连接器的材料成型，由此通常总是分别将一个电芯连接器和一个插接触头实施为一体。这特别是在电芯连接器以汇流排形式存在时是有利的，因为电芯连接器可以与插接触头一体地制成，例如可以由板材冲压而成。
优选地，电芯连接器的插接触头构造为阳插接触头并且模块盖的插接触头构造为阴插接触头。因此，阳插接插头具有接触销的形状。此外，电芯连接器的阳插接触头可以有利地构造为旗形部。通过该设计方式提供了一种实现电芯连接器的插接触头的特别简单的可行性方案，因为能够以特别简单而且成本有利的方式将电芯连接器与阳插接插头一件式地制成。
根据本发明的一种优选设计方式，模块盖的插接触头分别包括两个反向预紧的小接触片，该小接触片与电芯连接器的插接触头的两侧接触。通过两侧的接触、特别是在电芯连接器插接触头的两个相对侧面上的接触使得，即使在有振动和公差的情况下，也能确保在电芯连接器的插接触头和模块盖的插接触头之间的导电接触。这通过小接触片朝电芯连接器的插接触头方向的预紧来确保。
优选地，模块盖的插接触头由插头绝缘部包围。因此模块盖的插接触头在插头绝缘部的内部中大部分都是绝缘的，并且可通过插头绝缘部的开口触及模块盖的插接触头。此外，通常通过插头绝缘部将阳插接触头引导到阴插接触头中。然而特别优选地，模块盖的插接触头被模块盖的电绝缘材料包围，使得该材料形成插头绝缘部。通过这种设计方式，通常本来就是电绝缘的模块盖材料也成型为并且作用为插头绝缘部。通过插头绝缘部提高了在装配电池模块时的安全性。
根据本发明的一种优选设计方式，模块盖的插接触头直接地或间接地固定在模块盖中或模块盖上。通过使优选的在其内部保持有插接触头的插头绝缘部包围插接触头，可以将模块盖的插接触头例如间接地固定在模块盖中或模块盖上。插头绝缘部本身可以直接地固定在模块盖中。此外，例如通过由模块盖保持插接触头，也可以使插接触头直接地固定在模块盖中或模块盖上。通过将模块盖的插接触头固定在模块盖中或模块盖上，可以特别简单地实施在电芯连接器的插接触头和模块盖的插接触头之间的插入过程。特别地，在电芯连接器的插接触头是电芯连接器的一体式组成部分并且模块盖的插接触头固定在模块盖中时，插入过程明显变得容易。
优选地，模块盖具有用于固定电芯连接器的卡锁钩。卡锁钩也已知为定位横档或止动凸起。通过该设计方式，电芯连接器由模块盖的卡锁钩保持。有利的是，卡锁钩可以由模块盖的材料构成。
根据本发明的一种优选设计方式，模块盖的插接触头指向外。因此，电芯连接器的插接触头从外部插入模块盖的插接触头中，使得在插入过程中电芯连接器的插接触头朝电池模块的方向运动。因此，首先可以将模块盖布置在电池电芯上。然后可以建立在电芯连接器的插接触头和模块盖的插接触头之间的插接。与建立插接同时地，能够将电芯连接器固定在模块盖上或模块盖中。因此，可以在已安装模块盖的情况下简单地安装和拆卸电芯连接器。最后，电芯连接器可以与极端子螺纹连接或焊接。
根据本发明的另一个优选设计方式，模块盖的插接触头指向内。因此，电芯连接器的插接触头从内部插入模块盖的插接触头。这例如可以通过首先将电芯连接器与电池电芯的极端子连接、即例如螺纹连接或焊接来实现。然后可以建立在电芯连接器的插接触头和模块盖的插接触头之间的插接。在这个步骤中可以将电芯连接器固定在模块盖上或模块盖中。因此，可以在已安装电芯连接器的情况下简单地安装和拆卸模块盖。
此外优选地，模块盖的插接触头的插入方向位于模块盖的平面中。因此，电芯连接器能够侧向地被推入到模块盖中。
一般性地来说，可以首先建立在电芯连接器的插接触头和模块盖的插接触头之间的插接并且将电芯连接器固定在模块盖中。由此，在模块盖与电芯连接器一起安装到电池电芯和其电池电极上之前，模块盖就可以配有电芯连接器。
根据本发明的一种优选设计方式，电池电芯是锂离子电池电芯(次级电芯)。特别地，通过使用锂离子技术实现了高能量密度，这特别是在电动移动领域中带来了进一步的优点。但是本发明并不局限于锂离子电池电芯，而是也涉及其他的化学系统、例如镍金属氢化物电池电芯、锂金属聚合物电池电芯和锂聚合物电池电芯。
根据本发明的另一方面，提供一种电池。该电池包括至少一个电池模块以及至少一个用于电压测量的器件和/或至少一个用于温度测量的器件，其中电芯连接器通过电芯连接器的插接触头和通过布置在至少一个模块盖中的插接触头与所述至少一个用于电压测量的器件导电地连接和/或与所述至少一个用于温度测量的器件导热地连接。
此外还提供一种包括根据本发明的电池的机动车。该电池通常用于供给机动车的电驱动系统。
在从属权利要求中给出了本发明的有利改进方案并且在说明书中对其进行了描述。
附图说明
根据附图和下列说明详细阐述本发明的实施例。在附图中：
图1示出了电池模块，
图2示出了具有阳插接触头的电芯连接器，
图3示出了具有折弯的阳插接触头的电芯连接器，
图4示出了模块盖的位于模块盖的平面中的插接触头，该插接触头与图2所示的电芯连接器共同作用，
图5示出了图4的、模块盖的位于模块盖的平面中的插接触头的剖视图，
图6示出了模块盖的指向内的插接触头，其带有图3所示的电芯连接器，以及
图7示出了模块盖的指向外的插接触头，其带有图3所示的电芯连接器。
具体实施方式
在阐述现有技术时已经对图1进行了描述。
图2和图3分别示出了电芯连接器18，该电芯连接器在连接部位20处具有凹空部用于使电池电芯的极端子穿过电芯连接器18。电芯连接器18各包括有插接触头22，该插接触头在所示设计中构造为旗形部。所示的插接触头22是与电芯连接器18一体的组成部分。电芯连接器18和插接触头22例如可以由板材一体地冲压而成。电芯连接器18和插接触头22的材料通常是铝、铜或者说镀锡的铜或镀镍的铜。图2的插接触头22位于电芯连接器18其余部分所在的平面中，而图3的插接触头22折弯约90o。
电池电芯10的极端子16可以穿过连接部位20的凹空部。然后将电芯连接器18与极端子16螺纹连接或焊接。
图4和图5示出了根据本发明一种优选设计方案的电池模块12的局部剖视图。由图2已知的电芯连接器18布置在模块盖24的导轨26中。为了简化，在图4至图7中未示出连接器18的连接部位20的凹空部。此外可以看到模块盖24的插接触头28。在所示的变型方案中，插接触头28包括两个反向预紧的小接触片30，该小接触片被插头绝缘部32包围。在所示的情况下，该插头绝缘部32固定在模块盖24处。为了实现该固定，模块盖24可以配备有商用标准的插头。因此模块盖24的插接触头28间接地固定在模块盖24中。模块盖24的插接触头28同样可以集成在该模块盖中，借此模块盖24的插接触头28直接固定在模块盖24中。优选地，在这种情况下模块盖24的电绝缘材料形成插头绝缘部32。电导线36从模块盖24的插接触头28引出并且例如可以是箔片的一部分、冲压格栅的一部分或者也可以是缆线。
电池模块12和/或包括至少一个电池模块12的电池可以具有用于电压测量的器件和/或用于温度测量的器件。为此，电导线36与用于电压测量的器件导电地连接和/或模块盖24的插接触头28与用于温度测量的器件导热地连接。
模块盖24通常至少基本上由特别是电绝缘的塑料成型而成。此外，模块盖24可以构造成板状，其中模块盖24通常包括凹空部，电池电芯10的极端子16如所示那样能够被引导穿过该凹空部。
为了建立在电芯连接器18的插接触头22和模块盖24的插接触头28之间的插接，电芯连接器18被侧向地推入模块盖24的导轨26中。由此模块盖24的插接触头28的插入方向位于在模块盖24的面对电池电芯10的侧面和背离电池电芯10的侧面之间的平面中。因此特别地，在极端子16垂直指向上的情况下，电芯连接器18因而特别是被水平地推入模块盖24中。在电芯连接器18被推入导轨26中时，电芯连接器18还被推过两个电池电芯10的极端子16。电芯连接器18可以通过未示出的螺纹连接部或焊接部固定在极端子16上。在受到振动负荷的情况下，反向预紧的小接触片30提供了在电芯连接器18的插接触头22和模块盖24的插接触头28之间的可靠接触。这时，通过插接触头22、28可以截获电芯连接器18的电势，该电势相当于相互联接的极端子16的电势。这时，用于电压测量的器件可以由所截获的电势和同一电池电芯10的另一极端子16的电势确定电池电芯10的单个电芯电压。此外通过用于温度测量的器件可以测出在模块盖24的插接触头28处的温度。
与图4和图5不同，图6示出了具有折弯的插接触头22的电芯连接器18，如图3所示。此外，模块盖24的插接触头28指向内、即指向模块12的内侧。模块盖24还包括卡锁钩34，该卡锁钩将电芯连接器18保持在模块盖24中。
在根据图6对模块12进行装配时，首先可以将电芯连接器18插入模块盖24中，由此电芯连接器18的插接触头22与模块盖24的插接触头28形成接触。特别地，在所示设计方式中电芯连接器18的插接触头22被推到模块盖24的插接触头28的小接触片30之间。此外，电芯连接器18卡合到卡锁钩34中并且由此固定住。在模块盖24如图6可见的那样定向时，电芯连接器18因而垂直向上地引入模块盖24中。在模块盖24与电芯连接器18一起安装到电池模块12的电池电芯10和极端子16上之前，模块盖24的所有电芯连接器18都如此实施。因此简化了装配，因为模块盖24在安装到电池电芯10上之前能够完全准备好。然后将电芯连接器18与极端子16螺纹连接或焊接。在图4、图5和图7中所示的模块盖24的设计方式中，模块盖24在安装到电池电芯10上之前也能够完全准备好。
此外也可以首先将极端子16与电芯连接器18连接，然后才将模块盖24安装到电池电芯10和电芯连接器12上。
与图6相反，图7示出了模块盖24的指向外的插接触头28的剖视图。因此插接触头28指向离开电池电芯10的方向。
为了按照图7组装电池模块12，首先可以将模块盖24安装到电池电芯10上。然后可以将电芯连接器18从外部插入模块盖24中，由此建立在电芯连接器18的插接触头22和模块盖24的插接触头28之间的接触。此外，电芯连接器18又通过卡锁钩34固定。通过在图7中所示的设计方式也实现了电芯连接器18的安装和拆卸，而无需为此卸下模块盖24。
在图4至图7中所示的、模块盖24的插接触头28也可以具有插头绝缘部32，该插头绝缘部由模块盖24的电绝缘材料形成。由此可以取消实施为单独部件的插头绝缘部32。模块盖24的插接触头28直接固定在模块盖24中。
Claims (10)
1.电池模块(12)，所述电池模块包括多个具有极端子(16)的电池电芯(10)、多个电芯连接器(18)以及模块盖(24)，所述电芯连接器将电池电芯(10)的极端子(16)相互导电连接，其特征在于，所述电芯连接器(18)和所述模块盖(24)包括用于电压测量和/或温度测量的插接触头(22、28)，其中，所述电芯连接器(18)的插接触头(22)与所述模块盖(24)的插接触头(28)共同作用并且所述电芯连接器(18)的插接触头(22)与所述模块盖(24)的插接触头(28)相接触。
2.根据权利要求1所述的电池模块(12)，其中，所述电芯连接器(18)的插接触头(22)是所述电芯连接器(18)的一体式组成部分。
3.根据前述权利要求中任一项所述的电池模块(12)，其中，所述模块盖(24)的插接触头(28)直接地或间接地固定在所述模块盖(24)中或所述模块盖上。
4.根据前述权利要求中任一项所述的电池模块(12)，其中，所述模块盖(24)的插接触头(28)被所述模块盖(24)的电绝缘材料包围，使得所述材料形成插头绝缘部(32)。
5.根据前述权利要求中任一项所述的电池模块(12)，其中，所述模块盖(24)的插接触头(28)指向外。
6.根据权利要求1至4中任一项所述的电池模块(12)，其中，所述模块盖(24)的插接触头(28)指向内。
7.根据权利要求1至4中任一项所述的电池模块(12)，其中，所述模块盖(24)的插接触头(28)的插入方向位于所述模块盖(24)的平面中。
8.根据前述权利要求中任一项所述的电池模块(12)，其中，所述模块盖(24)具有用于固定所述电芯连接器(18)的卡锁钩(34)。
9.电池(14)，所述电池包括至少一个根据前述权利要求中任一项所述的电池模块(12)以及至少一个用于电压测量的器件和/或至少一个用于温度测量的器件，其中，电芯连接器(18)通过所述电芯连接器(18)的插接触头(22)和通过布置在至少一个模块盖(24)中的插接触头(28)与所述至少一个用于电压测量的器件导电地连接和/或与所述至少一个用于温度测量的器件导热地连接。
10.机动车，所述机动车包括根据权利要求9所述的电池(18)。
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