CN105609691A - 单池连接器以及电池单池、电池模块、电池、电池系统、车辆和用于制造电池模块的方法 - Google Patents

单池连接器以及电池单池、电池模块、电池、电池系统、车辆和用于制造电池模块的方法 Download PDF

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Abstract

用于电地或机械地连接电池单池的单池端子的单池连接器，其特征在于：用于把单池连接器固定在单池端子上的卡夹部件，其包括背部区段、在该背部区段的第一端处构造的带有第一插入区段的第一边腿区段、在该背部区段的第二端处与第一边腿区段间隔开且相对而置地构造的、带有第二插入区段的第二边腿区段，其中：卡夹部件经过设计，从而它可以至少部分地包夹单池端子，第一插入区段和第二插入区段经过适当设计，使得单池端子可以分别在第一插入区段和第二插入区段之间夹住。电池单池、电池模块、电池、电池系统、车辆和用于制造电池模块的方法。

Description

单池连接器以及电池单池、电池模块、电池、电池系统、车辆和用于制造电池模块的方法
背景技术
可预见的是，无论静止式应用例如对于风能设备，还是移动式应用例如对于电动汽车(电动车辆EV)或者混合动力车辆(混合动力车辆HEV)，作为可重复充电的电的蓄能器(EES)，日益使用例如带有锂离子蓄电池、锂聚合物蓄电池或镍-金属混合蓄电池的新式电池系统(蓄电池系统)。
电池系统必须在可用的能量含量、充电/放电效率、可靠性、寿命和并非所愿的因频繁的部分放电引起的容量损失方面满足很高的要求。
电池系统包括多个电池单池。由于其单池内电阻和所发生的电化学过程，电池单池在充电和放电期间发热。电池单池可以串联(串连)连接，以便提高电压，和/或并联地连接，以便增大最大电流。在此，电池单池可以组装成电池模块或电池单元。在汽车驱动应用中，例如可以把大约100个电池单池(作为牵引电池)串联地或并联地连接起来。因而对于高电压电池系统来说，总电压例如可以为450V或者甚至600V。
为了保证电池模块或电池系统的功能和寿命，因此需要使得电池单池的电接头(单池端子)可靠地相互连接。为了连接这些单池端子，使用了单池连接器，其中，这些单池连接器包括导电的材料例如金属比如铝(Al)或铜(Cu)，和/或例如通过压焊、焊接或旋接与单池端子连接。单池连接器可以是弹性的和/或可塑性变形的单池连接器，以便保护单池端子免受过大的力和/或弯曲力矩。单池连接器因而也可以补偿电池单池的制造误差和/或因工作引起的相对移动。
由JPH11-86831已知一种两元结构的单池连接器，其可沿着多个单池端子移动。
然而，为了进一步提高电池(蓄电池)和电池系统(蓄电池系统)的功能性和可靠性，需要提出一种改进的单池连接器。
发明内容
具有独立权利要求的特征的本发明的装置和方法具有如下优点：可以提出一种非常简单的、可靠的却可松开的单池端子连接方案。由此可以保证在电池的寿命期间对用于传递电能的单池端子的电接触。这里能够以合适的接触法向力进行接触。还可以补偿电池单池及其单池端子的制造误差和/或补偿在工作期间在电池单池之间的相对移动。由此可以减小从单池连接器传递到单池端子上的力和/或力矩比如弯曲力矩。此外简化了单池连接器的结构。这里例如可以省去用于单池连接器的塑性变形的机构和/或省去补偿部件比如弹性部件或补偿弓。由此可以减少所需组件的数量。还可以简单地安装单池连接器，而无需使用繁琐的工具或配件，和/或例如在废旧利用中将其拆卸。
本发明的有利的实施方式在从属权利要求中有所记载。
卡夹部件有益地可以至少逐段地例如在背部区段中被弹性地设计。由此可以借助弹力来保证接触。这样就能自动地接触，和/或持久地保持接触。卡夹部件例如可以包括钢比如弹性钢。
卡夹部件有益地可以导电地设计。由此可以进一步简化单池连接器的结构。
替代地，卡夹部件可以非导电地设计。由此可以为单池连接器提供电绝缘。因而可以例如将单池端子仅仅机械地相互连接，用于提高稳固性。
带有第一插入区段的第一边腿区段和带有第二插入区段的第二边腿区段有益地可以彼此对称地设计。由此可以提出一种特别简单的连接方式。
替代地，带有第一插入区段的第一边腿区段和带有第二插入区段的第二边腿区段彼此非对称地设计。由此可以提出一种特别可靠的连接方式。
有益地，卡夹部件例如背部区段、第一边腿区段或第二边腿区段可以经过设计，使得第一插入区段、第二插入区段或者第一插入区段和第二插入区段分别能够插入到单池端子中。由此可以根据相应的要求来调整连接方式。
有益地，卡夹部件可以经过设计，使得背部区段、第一边腿区段或第二边腿区段分成多个区域，例如分成手指形、梳齿形或榫舌形，其中，卡夹部件可以分别在这些区域中至少部分地包夹单池端子。由此可以提供一种特别轻便的卡夹部件。还可以简化对卡夹部件的加工和/或安装。
有益地，卡夹部件可以设计成能分开或能切下，从而卡夹部件可根据单池端子的数量或间距截断。由此可以特别简单地根据相应的要求来调整卡夹部件。进而可以减少卡夹部件的变型数量，简化仓储管理。
有益地，单池连接器还可以包括用于使得单池端子电连接的导电体例如汇流排。由此可以改善电连接，即减小单池连接器的电阻。替代地，例如当卡夹部件非导电地设计时，可以实现电连接。
有益地，卡夹部件例如背部区段、第一边腿区段或第二边腿区段可以经过设计，使得导电体或汇流排可以布置在卡夹部件和单池端子之间。由此可以进一步简化单池连接器的结构及其安装。
有益地，导电体或汇流排可以包括用于穿过第一边腿区段或第二边腿区段的开口。由此可以将导电体或汇流排至少部分地构造在卡夹部件之外。由此可以增大其横截面，减小其电阻。还可以使得有些机构例如测量机构比如电流测量机构和/或温度测量机构与导电体或汇流排连接。
有益地，单池连接器还可以包括用于保证单池连接器的固定的保险部件，其可在第一边腿区段或第二边腿区段的区域中与卡夹部件连接。由此可以防止连接自动地和/或不经意地断开。
本发明还提出一种电池模块，其包括前述的单池连接器。
本发明还提出一种电池，其包括前述的单池连接器或者前述的电池模块。包
本发明还提出一种电池系统，其包括前述的单池连接器、前述电池模块或前述电池。
本发明还提出一种车辆，特别是汽车比如电动汽车、混合动力车辆或电动摩托车(电动自行车、电力自行车)、电动脚踏车(电动踏板车、电力踏板车)、海上交通工具比如电动船只或潜水艇(潜艇)、空中交通工具或太空交通工具，其包括与车辆相关的前述单池连接器、与车辆相关的前述电池模块、与车辆相关的前述电池或与车辆相关的前述电池系统。
有益地，卡夹可以包括把第一插入区段挂到第一容纳区段中和随后把第二插入区段挂到第二容纳区段中。由此可以改善连接方式。
有益地，卡夹还可以包括在挂入第一插入区段之后将第二边腿区段下压。由此可以特别是当卡夹部件弹性地设计时进一步改善连接方式。
有益地，挂入第二插入区段可以包括移动卡夹部件，同时保持使得第一插入区段插入到第一容纳区段中。由此可以再次改善连接方式。
有益地，该方法还包括提供保险部件及在挂入第二插入区段之后使得保险部件与卡夹部件连接。由此可以防止连接自动地和/或不经意地断开。
有益地，该方法还包括提供导电体或汇流排，及将导电体或汇流排设置在单池端子上。由此可以进一步简化对单池连接器的安装。
由此可以减轻重量和/或降低成本例如制造成本比如材料成本和加工成本如安装成本。还可以提高废旧利用性和环境永续性。
附图说明
本发明的其它特征和优点对于本领域技术人员来说可由参照附图对示范性实施方式的如下说明得到，但这些实施方式并非对本发明的限制。
图1为根据本发明的一种实施方式的带有卡夹部件200k、200m的电池模块10的示意性的侧视图；
图2为根据本发明的该实施方式的带有卡夹部件2001、…、2003的示范性的电池模块20的示意性的立体图；
图3-6为根据本发明的另一种实施方式的带有另一卡夹部件200k的另一电池模块10′的示意性的侧视图，用于介绍安装情况；
图7为根据本发明的该另一种实施方式的带有其它卡夹部件2001、…、2003的示范性的电池模块20的示意性的立体图；
图8-10为根据本发明的又一种实施方式的带有又一卡夹部件200k的又一电池模块10″的示意性的侧视图，用于介绍安装情况；
图11和12为根据本发明的再一种实施方式的带有再一卡夹部件200k的再一电池模块10″′的示意性的侧视图，用于介绍安装情况；
图13为根据本发明的一种改型的实施方式的示范性的改型的电池模块30的示意性的立体图，其带有改型的卡夹部件200′1和电流引导部件5001；
图14为根据本发明的所述改型的实施方式的示范性的改型的电池模块30在无改型的卡夹部件200′1时的示意性的立体图，用于介绍电流引导部件5001；
图15为根据本发明的另一种改型的实施方式的示范性的另一种改型的电池模块30′在无所述改型的卡夹部件200′1时的示意性的立体图，用于介绍改型的电流引导部件500′1。
具体实施方式
图1所示为根据本发明的一种实施方式的带有卡夹部件200k、200m的电池模块10的示意性的侧视图。
如图1中示范性地示出，该电池模块10包括带有第一单池端子130n1和第二单池端子130n2的电池单池100n、分别设置在单池端子130n1、130n2上的第一卡夹部件200k和第二卡夹部件200m。单池端子130n1、130n2用作电接头，即正极或负极，它们分别为矩形构造，且分别包括两个相对地布置的容纳区段135n11、135n21、135n12、135n22。如图1中示范性地示出，第一单池端子130n1为带有两个槽的菱形设计(H形)，第二单池端子130n2为T形设计。
用于固定电池连接器的卡夹部件200k、200m分别包括背部区段、在该背部区段的第一端处构造的带有第一插入区段220k1、220m1的第一边腿区段210k1、210m1，在该背部区段的第二端处构造的、与第一边腿区段210k1、210m1间隔开且相对而置的、带有第二插入区段220k2、220m2的第二边腿区段210k2、210m2。该背部区段为平面式设计。
图1中示范性地示出的卡夹部件200k、200m对称地构造。它们设计成U形。替代地，它们例如可以设计成V形。卡夹部件200k、200m必要时可以不同地设计。第一插入区段220k1、220m1和第二插入区段220k2、220m2经过适当设计，使得单池端子130n1、130n2分别在第一插入区段220k1、220m1和第二插入区段220k2、220m2之间夹住。卡夹部件200k、200m至少逐段地为弹性设计，且包夹单池端子130n1、130n2。图1中所示的卡夹部件200k、200m包括弹性钢，并且是导电的。为此例如可以给弹性钢涂层。替代地，卡夹部件200k、200m例如可以包括塑料或复合材料比如碳纤维复合材料。
在装配时，把卡夹部件200k、200m放置到单池端子上，随后将其下压。基于卡夹部件200k、200m的弹性作用，边腿区段210k1、210m1、210k2、210m2可以张开，插入区段220k1、220m1、220k2、220m2到达并卡入单池端子130n1、130n2的容纳区段135n11、135n21、135n12、135n22。
拆卸按照相反的顺序进行。为了简便，可以使用简单的工具比如柄杆工具或夹钳。替代地，卡夹部件200k、200m例如可以在边腿区段210k1、210m1、210k2、210m2上包括柄杆区段，或者包括用于容纳工具的容纳区段比如容纳开口。
图2所示为根据本发明的该实施方式的带有卡夹部件2001、…、2003的示范性的电池模块20的示意性的立体图。
参照图1，如图2中所示的该示范性的电池模块20包括多个电池单池1001、…、1004和多个卡夹部件2001、…、2003。
卡夹部件2001、…、2003的背部区段和第一边腿区段210k1、210m1或第二边腿区段210k2、210m2被分成多个区域，其中，卡夹部件2001、…、2003分别在这些区域包夹单池端子13011、…、13042。
在此，卡夹部件2001、2003引起电池单池1001、1002的并联连接。此外，卡夹部件2001、2002引起电池单池1003、1004的并联连接。另外，卡夹部件2001引起并联连接的电池单池1001、1002和并联连接的电池单池1003、1004的串联连接。
图3-6所示为根据本发明的另一种实施方式的带有另一卡夹部件200k的另一电池模块10′的示意性的侧视图，用于介绍安装情况。
参照图1，所述另一电池模块10′包括另一卡夹部件200k。与图1中所示的卡夹部件不同的是，插入区段220k1、220k2非对称，且经过设计，使得它们能够伸入到单池端子130n1、130n2的容纳区段135n11、135n21、135n12、135n22中。此外，背部区段被设计得比较长，从而两个插入区段220k1、220k2能够通过卡夹部件200k的移动而插入。另外，背部区段凹形地弯曲，从而减小背部区段与插入区段220k1、220k2之间的间距。
对卡夹部件200k的安装包括通过如图3中所示沿方向310移动卡夹部件200k来挂入第一插入区段220k1，通过如图4中所示沿方向320下压第二边腿区段210k2来夹紧卡夹部件200k，通过如图5中所示沿与方向310相反的方向330移动卡夹部件200k来挂入第二插入区段220k2。所述安装还包括通过卡夹部件200k的栓锁来使得保险部件400k与卡夹部件200k连接，如图6中所示。
拆卸按照相反的顺序进行。
图7所示为根据本发明的该另一种实施方式的带有其它卡夹部件2001、…、2003的示范性的电池模块20′的示意性的立体图。
参照图2，该示范性的电池模块20′如图7中所示那样包括多个电池单池1001、…、1004、多个卡夹部件2001、…、2003和一个保险部件4001，该保险部件相应于参照图3-6所述的卡夹部件200k或保险部件400。
图8-10所示为根据本发明的又一种实施方式的带有又一卡夹部件200k的又一电池模块10″的示意性的侧视图，用于介绍安装情况。
参照图3-6，该又一电池模块10″包括另一卡夹部件200k。与图3-6中所示的卡夹部件不同的是，第二插入区段220k2弹性地设计，且包括倾斜的可压紧的成型部。由此可以将背部区段平面地设计，就像已参照图1所述的卡夹部件200k、200m那样。
对卡夹部件200k的安装包括通过如图8中所示沿方向310移动卡夹部件200k来挂入第一插入区段220k1，通过如图9中所示沿与方向310相反的方向330移动卡夹部件200k来将第二插入区段220k2压紧在单池端子130n1上。所述安装还包括通过卡夹部件200k的栓锁来使得保险部件400k与卡夹部件200k连接，如图10中所示。
拆卸按照相反的顺序进行。
图11和12所示为根据本发明的再一种实施方式的带有再一卡夹部件200k的再一电池模块10″′的示意性的侧视图，用于介绍安装情况。
参照图8-10，该又一电池模块10″′包括另一卡夹部件200k。与图8-10中所示的卡夹部件不同的是，第二插入区段220k2弹性地设计，且第二插入区段220k2在下压卡夹部件200k时可以避开单池端子130n1。由此可以将背部区段不延长地设计，就像已参照图1所述的卡夹部件200k、200m那样。
对卡夹部件200k的安装包括通过如图11中所示沿方向310移动卡夹部件200k来挂入第一插入区段220k1，通过如图12中所示沿方向320下压第二边腿区段210k2来将第二插入区段220k2压紧在单池端子130n1上。这种安装方法因而既不需要沿相反方向移动也不需要安装保险部件。
拆卸按照相反的顺序进行。
图13所示为根据本发明的一种改型的实施方式的示范性的改型的电池模块30的示意性的立体图，其带有改型的卡夹部件200′1和电流引导部件5001。
与参照图2和7所述的电池模块20或20′不同的是，所述示范性的改型的电池模块30如图7中所示包括改型的卡夹部件200′1和电流引导部件(汇流排)5001。在此，卡夹部件200′1的第一边腿区段210′11和第二边腿区段210′12经过适当延长，从而可以将电流引导部件5001布置在卡夹部件200′1和单池端子13012、13022、13031、13041之间。
图14所示为根据本发明的所述改型的实施方式的示范性的改型的电池模块30在无改型的卡夹部件200′1时的示意性的立体图，用于介绍电流引导部件501。
与图13不同的是，图14示出了在无改型的卡夹部件200′1时的所述示范性的改型的电池模块30。
图15所示为根据本发明的另—种改型的实施方式的示范性的另一种改型的电池模块30′在无所述改型的卡夹部件200′1时的示意性的立体图，用于介绍改型的电流引导部件500′1。
与图14不同的是，图15示出了带有改型的电流引导部件500′1的所述示范性的另一种改型的电池模块30′。与电流引导部件5001不同的是，该改型的电流引导部件500′1被增强地设计，且包括用于穿过第二边腿区段210′12的多个开口510。
接下来要说明，术语比如“包括”和“具有”等并不排除可以设置其它部件或规定其它步骤。还要指出，“一个”并不排除“多个”。另外，结合不同的实施方式所述的特征可以任意地相互组合。最后要说明，权利要求书中的附图标记并非限制权利要求的保护范围。

Claims (12)

1.用于电地或机械地连接电池单池(100n)的单池端子(130n1、130n2)的单池连接器，其特征在于：
-用于把单池连接器固定在单池端子(130n1、130n2)上的卡夹部件(200k、200m)，其包括背部区段、在该背部区段的第一端处构造的带有第一插入区段(220k1、220m1)的第一边腿区段(210k1、210m1)、在该背部区段的第二端处与第一边腿区段(210k1、210m1)间隔开且相对而置地构造的、带有第二插入区段(220k2、220m2)的第二边腿区段(210k2、210m2)，
其中：
-卡夹部件(200k、200m)经过设计，从而它可以至少部分地包夹单池端子(130n1、130n2)，
-第一插入区段(220k1、220m1)和第二插入区段(220k2、220m2)经过适当设计，使得单池端子(130n1、130n2)可以分别在第一插入区段(220k1、220m1)和第二插入区段(220k2、220m2)之间夹住。
2.如权利要求1所述的单池连接器，其中：
-卡夹部件(200k、200m)至少逐段地被弹性地设计，
-卡夹部件(200k、200m)导电地或非导电地设计，
-带有第一插入区段(220k1、220m1)的第一边腿区段(210k1、210m1)和带有第二插入区段(220k2、220m2)的第二边腿区段(210k2、210m2)彼此对称地或非对称地设计，
-卡夹部件(200k、200m)、背部区段、第一边腿区段(210k1、210m1)或第二边腿区段(210k2、210m2)经过设计，使得第一插入区段(220k1、220m1)、第二插入区段(220k2、220m2)或者第一插入区段(220k1、220m1)和第二插入区段(220k2、220m2)分别能够插入到单池端子(130n1、130n2)中，
-卡夹部件(200k、200m)经过设计，使得背部区段、第一边腿区段(210k1、210m1)或第二边腿区段(210k2、210m2)分成多个区域，其中，卡夹部件(200k、200m)可以分别在所述区域中至少部分地包夹单池端子(130n1、130n2)，或者，
-卡夹部件(200k、200m)能分开或能切下地被设计，从而卡夹部件(200k、200m)可根据单池端子(130n1、130n2)的数量或间距截断。
3.如权利要求1或2所述的单池连接器，还包括：
-用于使得单池端子(130n1、130n2)电连接的导电体(500)或汇流排，
其中：
-卡夹部件(200k、200m)、背部区段、第一边腿区段(210k1、210m1)或第二边腿区段(210k2、210m2)经过设计，使得导电体(500)或汇流排可以布置在卡夹部件(200k、200m)和单池端子(130n1、130n2)之间，或者，
-导电体(500)或汇流排可以包括用于穿过第一边腿区段(210k1、210m1)或第二边腿区段(210k2、210m2)的开口(510)，或者，
-用于保证单池连接器的固定的保险部件(400)，该保险部件可在第一边腿区段(210k1、210m1)或第二边腿区段(210k2、210m2)的区域中与卡夹部件(200k、200m)连接。
4.带有单池端子(130n1、130n2)的电池单池(100)，其特征在于：
-单池端子(130n1、130n2)经过设计，从而用于把单池连接器固定在单池端子(130n1、130n2)上的卡夹部件(200k、200m)至少部分地包夹单池端子(130n1、130n2)，所述卡夹部件包括背部区段、在该背部区段的第一端处构造的带有第一插入区段(220k1、220m1)的第一边腿区段(210k1、210m1)、在该背部区段的第二端处与第一边腿区段(210k1、210m1)间隔开且相对而置地构造的、带有第二插入区段(220k2、220m2)的第二边腿区段(210k2、210m2)，第一插入区段(220k1、220m1)和第二插入区段(220k2、220m2)能使得单池端子(130n1、130n2)分别在第一插入区段(220k1、220m1)和第二插入区段(220k2、220m2)之间夹住，
其中：
-单池端子(130n1、130n2)可以分别包括用于容纳第一插入区段(220k1、220m1)的第一容纳区段(135n11、135n21)和用于容纳第二插入区段(220k2、220m2)的第二容纳区段(135n12、135n22)，所述第二容纳区段与所述第一容纳区段(135n11、135n21)间隔开地且相对而置地构造。
5.一种电池模块(10；20；30)，包括：
-根据权利要求1-3中任一项的单池连接器。
6.一种电池，包括：
-根据权利要求1-3中任一项的单池连接器；或
-根据权利要求5的电池模块(10；20；30)。
7.一种电池系统，包括：
-根据权利要求1-3中任一项的单池连接器；
-根据权利要求5的电池模块(10；20；30)；或
-根据权利要求6的电池。
8.一种车辆，包括：
-与车辆相关的根据权利要求1-3中任一项的单池连接器；
-与车辆相关的根据权利要求5的电池模块(10；20；30)；
-与车辆相关的根据权利要求6的电池；或
-与车辆相关的根据权利要求7的电池系统。
9.一种用于制造电池模块(10；20；30)的方法，其特征在于：
-准备好根据权利要求1-3中任一项的单池连接器；
-准备好根据权利要求4的带有单池端子(130n1、130n2)的电池单池(100)；和
-使得单池端子(130n1、130n2)在第一插入区段(220k1、220m1)和第二插入区段(220k2、220m2)之间夹住。
10.如权利要求9所述的方法，其中：
-所述夹住包括：
-把第一插入区段(220k1、220m1)挂入到第一容纳区段(135n11、135n21)中；和
-随后，把第二插入区段(220k2、220m2)挂入到第二容纳区段(135n12、135n22)中。
11.如权利要求10所述的方法，其中：
-所述夹住还包括：
-在挂入第一插入区段(220k1、220m1)之后，下压第二边腿区段(210k2、210m2)，或者，
-挂入第二插入区段(220k2、220m2)包括：
-移动卡夹部件(200k、200m)，同时保持使得第一插入区段(220k1、220m1)插入到第一容纳区段(135n11、135n21)中。
12.如权利要求10或11所述的方法，还包括：
-准备好保险部件(400)；和
-在挂入第二插入区段(220k2、220m2)之后，使得所述保险部件(400)与所述卡夹部件(200k、200m)连接；或者
-准备好导电体(500)或汇流排；和
-把导电体(500)或汇流排布置在单池端子(130n1、130n2)上。
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