CN104701566B - 具有多个电池电芯的电池模块及电池系统 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种具有多个电池电芯(2)的电池模块(1)，所述电池电芯分别具有包含至少一个接触区段(5)的第一电芯端子(3)和包含至少一个接触区段(5)的第二电芯端子(4)，其中，分别通过一个电池电芯(2)的电芯端子(3、4)的接触区段(5)借助于电芯连接器(7)与另一个电池电芯(2)的电芯端子(3、4)的接触区段(5)导电连接，使所述电池电芯(2)相互电连接，其中，接触区段(5)与电芯连接器(7)的连接分别为插拔连接。本发明还涉及一种包括至少一个根据本发明的电池模块(1)的电池系统。

Description

具有多个电池电芯的电池模块及电池系统
技术领域
本发明涉及一种具有多个电池电芯的电池模块，这些电池电芯分别具有包含至少一个接触区段的第一电芯端子和包含至少一个接触区段的第二电芯端子，其中，分别通过一个电池电芯的电芯端子的接触区段借助于电芯连接器与另一个电池电芯的电芯端子的接触区段导电连接，使电池电芯相互电连接。
本发明还涉及一种具有至少一个电池模块的电池系统
背景技术
电池模块，特别是例如形成为用于给混合动力车、插电式混合动力车或电动车运行提供所需能量的蓄能器的电池模块，通常包括多个电池电芯，这些电池电芯分别具有至少一个负电极和至少一个正电极。在此，电极机构可以根据电池电芯的不同实施方式而变化。作为电极机构特别已知的是所谓的电芯堆(英语为“Stacks”)或电芯卷(英语为“JellyRoll”)。特别是锂离子电芯由于具有比较高的能量密度而用作电池电芯。电池电芯通常由电芯壳体包围。在此，特别是应用在电动车中的电池模块包括带有金属电芯壳体的多个电池电芯，该电芯壳体保护电极机构免受湿气以及机械负荷。
为了电池电芯的导电接触，电池电芯通常具有两个电芯端子，其中，一个电芯端子与电池电芯的负电极导电连接并且另一个电芯端子与电池电芯的正电极导电连接。借助所谓的电芯连接器使电池电芯通过电芯端子彼此电连接成一个电池模块，该电芯连接器用作为接触元件并且通常由铜或铝构成。
对于多个电池电芯连接成一个电池模块来说，重点在于电芯连接器与电芯端子的连接。对此已知各种不同的连接方式。特别地，电芯连接器和电芯端子可以这样设计，即，它们可以相互螺纹连接或者电芯连接器可以螺纹连接在电芯端子上。这样的优势在于，连接能够再次松开，从而例如可以容易地更换单个电池电芯。然而，这种螺纹连接也具有多个缺陷。在此可能由于施加过高的扭矩而损坏螺纹。另外螺纹连接需要高的时间耗费。此外，螺纹连接通常造成高的接触电阻，该接触电阻随着时间例如由于振动和冲击而会继续增高，当这种电池电芯应用在汽车中时特别会出现振动和冲击。
替代螺纹连接，可以通过电芯连接器与电池电芯的电芯端子焊接来形成各个电池电芯的导电连接。焊接的优势在于具有低的接触电阻并且能够实现电芯连接器和电芯端子的持久稳定连接。然而，当电芯连接器与电芯端子焊接时，借助焊接形成电连接的电池电芯不能无损坏地重新彼此松开。因此，如果仅一个电池电芯损坏，不能单个替换电池电芯，而是必须更换整个电池模块，由此在电池电芯损坏的情况下产生的费用很高。此外，其他的缺陷还在于，焊缝的品质很难控制或者根本不可能控制。另外，对于焊接来说优选的激光焊接装置很贵。
发明内容
基于上述背景，本发明的目的在于，改进具有多个电池电芯的电池模块，特别是在电池电芯的电芯端子的电接触方面。在此特别应当提供一种电池模块，该电池模块具有能够松开而又持续稳定并且低电阻的电芯端子电连接，并且优选采用棱柱形的电池电芯。
为了实现该目的，提出一种具有多个电池电芯的电池模块，这些电池电芯分别具有包含至少一个接触区段的第一电芯端子和包含至少一个接触区段的第二电芯端子，其中，分别通过一个电池电芯的电芯端子的接触区段借助于电芯连接器与另一个电池电芯的电芯端子的接触区段导电连接，使多个电池电芯相互电连接，其中，接触区段与相应电芯连接器的连接是插拔连接。有利的是，通过电芯连接器和相应的接触区段之间的插拔连接形成传力连接。也就是说，舍弃了螺纹连接或焊接，由此有利地降低了用于形成电池电芯之间的导电连接的费用。有利的是，插拔连接构造为可松开的。由此电池电芯之间的导电连接能够有利地通过电芯连接器和接触区段之间相应地彼此拔出而容易地重新分离。由此有利地简化了从电池模块中更换损坏的电池电芯。
优选地，所述至少一个接触区段是相应的电芯端子的一部分，其中，所述至少一个接触区段与相应的电芯端子一件式地制成。根据本发明的一个有利的设计变型规定，所述至少一个接触区段并非与相应的电芯端子一件式地制成。在此，所述至少一个接触区段借助已知的连接技术安置在相应的电芯端子上。这种多件式设计的优势在于，有时也可以对传统的电池电芯装配至少一个接触区段，从而使该电池电芯随后能够连接成一个根据本发明的电池模块。
特别地规定，根据本发明的电池模块至少构造为蓄能器的一部分，该蓄能器为混合动力车、插电式混合动力车或电动车运行提供所需的能量。在此，电池模块的电池电芯优选为锂离子电芯。根据本发明的电池模块的电池电芯优选地串联和/或并联。特别是，根据本发明的一个有利设计，电池模块的一些电池电芯以传统的方式，特别是通过焊接电芯连接器而相互电连接，其中以这种方式连接的电池电芯形成子单元(“Subunits”)，随后分别通过一个子单元的电芯端子的接触区段借助电芯连接器与另一个子单元或电池电芯的电芯端子的接触区段导电连接，使这些子单元与其他的子单元和/或电池电芯以根据本发明的方式相互连接，其中接触区段与电芯连接器的连接分别为插拔连接。在此，这种子单元宛如又形成了一个本发明意义上的电池电芯。
根据本发明的电池模块的一个有利设计，规定，电芯连接器分别具有第一接触口和第二接触口，其中，一个电池电芯的电芯端子的接触区段以传力连接的方式插入第一接触口中并且另一个电池电芯的电芯端子的接触区段以传力连接的方式插入第二接触口中。在该设计中，相互导电连接的电芯端子的接触区段构成插拔连接的插头部件，电芯连接器构成插口部件。有利地，这种设计有利于至少一个接触区段和相应的电芯端子形成一件式。因为在此各个接触区段可以以结构简单的方式构造为指向外侧的接触销。特别地规定，能够克服机械弹簧的力将具有接触口的电芯连接器区段推至电芯连接器上，使得将接触口推到电芯连接器上并且由此缩短电芯连接器的总长度。由此以有利的方式进一步简化了插拔连接的形成。
根据本发明的电池模块的一个优选设计规定，电池模块的电池电芯的第一电芯端子和第二电芯端子分别构造为旗形触点，其中由旗形触点的自由末端构成相应的电芯端子的至少一个接触区段。本发明所述的旗形触点在此特别为扁平的并且比较薄的接触元件。这种接触元件或旗形触点特别是通过所谓的袋式电池而已知。在本发明中在此方面特别地规定，棱柱形的电池电芯的电芯端子形成为这样的接触元件或旗形触点，在所述棱柱形的电池电芯中电极机构被金属的电芯壳体、即所谓的硬盒所包围。在此，特别地规定，电池电芯的电芯壳体包括两个金属半壳，这两个金属半壳这样设置在电极机构周围，使得只有形成为旗形触点的电芯端子从组合在一起的半壳中伸出。在此，特别地，半壳可以通过焊接相互连成一个棱柱形的电芯壳体。电芯端子在此分别相对于电芯壳体电绝缘。
优选地，形成为旗形触点的电芯端子的至少一个接触区段通过变形加工而弯曲，特别优选地弯成直角。由此有利地进一步简化了接触区段与电芯连接器的插拔连接的形成。为了形成多个接触区段，特别地规定，电芯端子的末端呈多个自由末端，其中，每个自由末端都为本发明意义上的接触区段。如果电芯端子构造为旗形触点，那么特别地规定，通过电芯端子在其自由末端具有切口、优选地在中间，而形成两个接触区段，其中在切口左侧的电芯端子区段构成第一接触区段，并且在切口右侧的电芯端子区段构成第二接触区段。优选地，第一接触区段和第二接触区段朝相反的方向弯曲，特别优选地以90°的角度弯曲。
根据本发明的电池模块的另一个有利设计，至少借助电芯连接器导电连接的接触区段朝向彼此。由此有利地进一步简化插拔连接的形成。在此特别是能够通过电池电芯的接触区段的定向来预先确定电池电芯彼此如何连接，为此总是相邻安置并且其接触区段朝向彼此的电池电芯与电芯连接器导电连接。
在根据本发明的电池模块的另一个优选的设计中，电池电芯分别具有棱柱形的电芯壳体，第一电芯端子和第二电芯端子从该电芯壳体中伸出，其中接触区段分别通过电芯端子区段与电芯壳体间隔地、平行于第一电芯端子和第二电芯端子从中伸出的电芯壳体区域定位。由此以有利的方式进一步简化了相邻安置的电池电芯的导电连接。有利的是，电芯端子至少部分能够弹性复位，从而更进一步简化了插拔连接的形成。
优选地，电芯端子的至少一个接触区段分别通过弯曲相应电芯端子的自由末端而形成。在此，特别是这样弯曲电池模块的电池电芯的接触区段，使得相互导电连接的接触区段朝向彼此。在此，接触区段优选位于一个平面上。由此以有利的方式进一步改善接触区段的连接性。
根据本发明的电池模块的另一个有利的设计在于，一部分电池电芯并联地电连接，其中这些电池电芯的电芯端子分别具有第一接触区段和第二接触区段，其中通过并联的电池电芯的第一接触区段导电地连接另一个第一电池电芯并且通过第二接触区段导电地连接另一个第二电池电芯。在此，特别是电池模块的电池电芯的电芯端子呈“T”形地从电芯壳体中伸出，其中电芯端子区段是“I”区段，第一接触区段和第二接触区段分别通过该电芯端子区段与电芯壳体间隔。“—”区段分别构成第一接触区段和第二接触区段。优选地，相邻安置的电池电芯的接触区段朝向彼此。根据一个设计变型，电芯端子的第一接触区段和第二接触区段分别指向内侧和外侧，因此没有指向相邻的电池电芯。在该设计变型中，电芯端子在侧面借助于电芯连接器接触，其中电芯连接器通过在侧旁被引向相应待要接触的电芯端子而插到接触区段上。
根据本发明的电池模块的另一个有利设计在于，一部分电池电芯串联地电连接，其中这些电池电芯的电芯端子分别具有至少一个接触区段，其中通过一个串联的电池电芯的接触区段导电地连接另一个电池电芯。
此外，为了实现开头所述的目的，提出了一种电池系统，该电池系统包括至少一个具有多个电池电芯的电池模块，其中该至少一个电池模块是根据本发明的电池模块。特别地规定，该电池系统具有多个电池模块，这些电池模块相互并联和/或串联。特别地规定，该电池系统是用于混合动力车、插电式混合动力车或电动车的电池系统。该电池系统包括多种系统部件，特别是包括至少一个用于调节电池电芯温度的冷却装置和/或用于监控和控制电池模块的电池管理系统。
附图说明
结合附图所示的实施例进一步阐述本发明的其他有利部分、特征和设计细节。其中：
图1示出了根据本发明的电池模块的一个实施例的示意图；
图2示出了根据本发明的电池模块的另一个实施例的示意图；
图3示出了根据本发明的电池模块的另一个实施例的示意图；
图4示出了根据本发明的电池模块的另一个实施例的示意图；
图5示出了根据本发明的电池模块的电池电芯的实施例的立体示意图；
图6示出了根据本发明的电池模块的电池电芯的另一个实施例的示意图；以及
图7示出了具有根据本发明的电池模块的电池电芯的电芯端子的电极机构的实施例的示意图。
具体实施方式
图1至图4分别示出了根据本发明的电池模块1的实施例。其中，电池电芯2分别具有两个电芯端子3、4，如图5所示。为了显示更加清楚，在图1至图4中分别仅示出了电池电芯2的位于前面的电芯端子。电池电芯2的位于后面的电芯端子并没有具体示出。电池电芯2分别相邻安置并且彼此电连接。
图1中示例性示出的电池模块1包括四个棱柱形的电池电芯2，这些电池电芯分别由金属壳体、即所谓的硬盒所包围。电池电芯2分别具有包含接触区段5的第一电芯端子3和包含接触区段5的第二电芯端子4。在此特别地规定，第一电芯端子3由铜构成并且第二电芯端子4由铝构成。在此，借助电芯连接器7导电连接的那些接触区段5，即分别为第一电芯端子3的接触区段5和第二电芯端子4的接触区段5，朝向彼此。
接触区段5分别通过一个电芯端子区段与相应的电池电芯2的电芯壳体间隔地并且平行于相应的电芯端子3、4从中伸出的电芯壳体区域地定位。特别是，与图1中所示不同的，接触区段5和电芯端子3或电芯端子4一体形成，并且接触区段5分别通过弯曲相应的电芯端子3、4的自由末端而形成。在此，电池电芯2的电芯端子3、4优选形成为旗形触点(Kontaktfahne)。
在图1所示的实施例中，电池模块1的电池电芯2连成所谓的4s1p结构，也就是说，四个电池电芯2串联地电连接。电池电芯2这样连接，即，第一电芯端子3的接触区段5分别借助电芯连接器7与第二电芯端子4的接触区段5导电连接，其中，接触区段5和电芯连接器7的连接分别为插拔连接。
在图1所示的实施例中，电芯连接器7分别具有第一接触口(图1中未详细示出)和第二接触口(图1中未详细示出)。在此，电池电芯2的第一电芯端子3的接触区段5以传力连接的方式插入第一接触口中。另一个电池电芯2的第二电芯端子4的接触区段5以传力连接的方式插入第二接触口中。
在根据本发明的电池模块1的图2所示的实施例中，电池电芯2以3s2p结构相互连接。也就是说，具有一个由每两个并联的电池电芯2构成的串联电路。在此，在图2中可以看到，有两个相邻安置的电池电芯2并联，其第一电芯端子3在前面，还有两个相邻安置的电池电芯2，其第二电芯端子4在前面。
在此，一些电池电芯2具有包含第一接触区段5和第二接触区段6的电芯端子3、4(图2中在从左向右看设置于第二和第三个位置上的电池电芯2中示出)，其中相应地电芯端子3、4与其接触区段5、6一起构成“T”形。例如在图2的设置于左边第二个位置处的电池电芯2中，电芯端子3的第一接触区段5借助电芯连接器7与设置于左边第一个位置处的电池电芯2的电芯端子3的第一接触区段5导电连接(并联电路的一部分)并且第一电芯端子3的第二接触区段6借助另一个电芯连接器7与设置于左边第三个位置处的电池电芯2的第二电芯端子4的第一接触区段5导电连接(串联电路的一部分)。不同电池电芯2的接触区段5、6在此朝向彼此。
另外，在图2中借助设置于左边第五个位置和第六个位置处的电池电芯2示例性地示出了，在根据本发明的电池模块1的电池电芯2之间的导电连接中的至少一部分不是作为插拔连接实现，而是，如图2所示，形成为借助贯穿接合工艺得到的连接14。
特别地，电池电芯2的接触区段5、6可以具有不同的长度，特别是根据计划的电池电芯2的连接方式而具有不同的长度。
在图3和图4中分别示出的、根据本发明的电池系统1的实施例中，一些电池电芯2成对地导电连接成多个子单元，例如分别在图3和图4中的设置于左边第一个位置和第二个位置处的电池电芯2。图3的这两个电池电芯的电芯端子3通过电芯连接器8相互导电连接，其中，电芯连接器8焊接在电芯端子3上。在此，电芯连接器8优选地由与通过该电芯连接器导电连接的电芯端子相同的材料构成，特别是由铝或铜构成。图4中在电芯端子3之间和在电芯端子4之间的导电连接14借助贯穿接合工艺，优选地借助咬合或铆合而生成。
子单元的电芯端子3、4分别具有接触区段5，通过该接触区段，子单元类似像电池电芯那样借助电芯连接器7相互导电连接。接触区段5在电芯连接器7上的连接在此形成为插拔连接。子单元优选地在此能够通过解除借助各个电芯连接器7形成的插拔连接而容易地进行更换，特别是在一个这种子单元损坏的情况下。
图5示出了应用于根据本发明的电池模块的电池电芯2的一个特别优选的设计，其中电池模块的电池电芯串联地电连接。在此，电池电芯2的电极机构(图5中未具体示出)由金属的电芯壳体9所包围。电芯壳体在此由第一半壳10和第二半壳11构成，这两个半壳相互焊接。电池电芯2的电芯端子3、4与电池电芯2的负电极或正电极导电连接，该电芯端子在此分别形成为旗形触点。电芯端子3、4在此与电芯壳体9电绝缘地从电芯壳体9中伸出并且分别具有接触区段5。该接触区段通过电芯端子3或电芯端子4的自由末端的变形加工而基本上弯曲成直角，使得相应的接触区段5平行于电芯壳体9的如下区域定位，第一电芯端子3和第二电芯端子4从该区域中伸出。第一电芯端子3的接触区段5在此与第二电芯端子4的接触区段5指向相反的方向。这是特别有利的，因为在该设计中借助第一电芯端子3的接触区段5能够容易地接触待要在图5中设置于电池电芯2前面的电池电芯，并且借助第二电芯端子4的接触区段5能够容易地接触待要在图5中设置于电池电芯2后面的电池电芯。在此借助通过具有接触口的电芯连接器而实现的插拔连接进行接触。
图6示出了应用于根据本发明的电池模块的电池电芯2的另一个实施例，其中，示意性地示出了壳体9中的电池电芯2的电极机构12。在此，电极机构12形成为电芯堆，如特别是熟知为袋式电芯(Pouch-Zelle)。在此，与袋式电芯不同的是，该电极机构12安置在金属的棱柱形电芯壳体9中。借助第一电芯端子3和第二电芯端子4进行电极机构12的接触，这两个电芯端子分别形成为旗形触点，正如由袋式电芯所已知的。这能够有利地形成接触区段，这些接触区段受益于电芯端子3、4的灵活性，能够借助形成为离合件的电芯连接器容易地与另外的电池电芯通过相应的插接进行导电连接。
在图7所示的、应用于根据本发明的电池模块的电池电芯2的另一个实施例中，电极机构12形成为电芯卷(“Jelly Roll”)。这种电极机构由棱柱形的电池电芯已知。在图7所示的实施例中，电芯端子3、4在此如袋式电芯中一样形成为旗形触点。第一电芯端子3在此借助于绝缘部件13与电池电芯2的第二电芯端子4电绝缘。特别是，电池电芯2在此设置在电芯壳体中，如结合图5所解释的那样。根据本发明，形成为旗形触点的电芯端子3、4的自由末端在此用作接触区段，特别是在前述的变形加工之后，特别是通过弯曲，该接触区段用来借助于相应的形成为快速连接器的电芯连接器形成导电的插拔连接。电芯连接器在此有利地具有相应的接收部，用于接触区段与电芯连接器的传力连接。
附图所示的以及结合附图阐述的实施例用于阐述本发明，并且对本发明没有局限作用。

Claims (8)

1.具有多个电池电芯(2)的电池模块(1)，所述电池电芯分别具有包含至少一个接触区段(5)的第一电芯端子(3)和包含至少一个接触区段(5)的第二电芯端子(4)，其中，分别通过一个电池电芯(2)的电芯端子(3、4)的接触区段(5)借助于电芯连接器(7)与另一个电池电芯(2)的电芯端子(3、4)的接触区段(5)导电连接，使所述电池电芯(2)相互电连接，其特征在于，所述接触区段(5)与相应的电芯连接器(7)的连接分别为插拔连接，其中，至少借助于电芯连接器(7)导电连接的那些接触区段(5)朝向彼此。
2.根据权利要求1所述的电池模块(1)，其特征在于，所述电芯连接器(7)分别具有第一接触口和第二接触口，其中，一个电池电芯(2)的电芯端子(3、4)的接触区段(5)以传力连接的方式插入所述第一接触口中并且另一个电池电芯(2)的电芯端子(3、4)的接触区段(5)以传力连接的方式插入所述第二接触口中。
3.根据前述权利要求中任意一项所述的电池模块(1)，其特征在于，所述电池模块(1)的电池电芯(2)的第一电芯端子(3)和第二电芯端子(4)分别形成为旗形触点，其中，分别由所述旗形触点的自由末端构成相应的电芯端子(3、4)的所述至少一个接触区段(5)。
4.根据权利要求1或2所述的电池模块(1)，其特征在于，所述电池电芯(2)分别具有棱柱形的电芯壳体(9)，所述第一电芯端子(3)和所述第二电芯端子(4)从所述电芯壳体中伸出，其中，所述接触区段(5)分别通过一个电芯端子区段与所述电芯壳体(9)间隔地平行于所述电芯壳体(9)的以下区域定位，所述第一电芯端子(3)和所述第二电芯端子(4)从该区域中伸出。
5.根据权利要求1或2所述的电池模块(1)，其特征在于，所述电芯端子(3、4)的所述至少一个接触区段(5)分别通过弯曲相应的电芯端子(3、4)的自由末端而形成。
6.根据权利要求1或2所述的电池模块(1)，其特征在于，一部分所述电池电芯(2)并联地电连接，其中，这些电池电芯(2)的电芯端子(3、4)分别具有第一接触区段(5)和第二接触区段(6)，其中，通过并联的电池电芯(2)的所述第一接触区段(5)导电地连接另一个第一电池电芯(2)并且通过所述第二接触区段(6)导电地连接另一个第二电池电芯(2)。
7.根据权利要求1或2所述的电池模块(1)，其特征在于，一部分电池电芯(2)串联地电连接，其中，这些电池电芯(2)的电芯端子(3、4)分别具有至少一个接触区段(5)，其中，通过串联的电池电芯(2)的所述接触区段(5)导电地连接另一个电池电芯(2)。
8.电池系统，其包括至少一个具有多个电池电芯(2)的电池模块(1)，其特征在于，所述至少一个电池模块(1)是根据权利要求1至7中任意一项所述的电池模块。
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