CN106104847B - 连接蜂窝电气元件的连接器和将其安装于电池单元的方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种用于连接电池单元的蜂窝电气元件的连接器。本发明的目的是提供一种比可商购的系统更加简易且从而更加成本节约的方案。该目的通过用于连接蜂窝电气元件(20)的连接器(1)实现，其包括盖状的载体元件(2)和覆盖元件(3)，至少一个触头元件(4)布置在载体元件(2)中，连接器元件(34)设置在载体元件(2)的边缘区域中，用于使触头元件(4)与连接器元件(34)相接触的薄膜导体(3)布置在载体元件中，载体元件(2)具有焊口，且覆盖元件(40)构造为使得载体元件(2)的焊口(7)可以由其覆盖。

Description

连接蜂窝电气元件的连接器和将其安装于电池单元的方法
技术领域
本发明涉及用于连接蜂窝(cellular)电气元件的连接器，以及用于安装这样的连接器的方法。这样的蜂窝电气元件可以串联地和/或并列地彼此连接。
背景技术
例如，可将构造为电动汽车的牵引用电池中的原电池(galvanic cell)、电容器或超级电容器(Supercap)的电压源和/或电压沉(sink)彼此连接，从而实现高电压和/或高电容。在这种情况下，电压源可以与电压沉同时作用，从而重复地供给和移除电能。在现有技术的方案中，为每个应用生产了构造不同的外壳，在外壳中引入导电连接部件，且在已经连接电池元(cell)之后使用盖子封闭外壳。由于每个外壳必须被单独地构造，且必须准备相对应的工具部件，这引起了高程度的构造和生产复杂性。在现有技术的另一方案中，通过手动布置在电池元之间的导电连接部件来连接单独的电池元。然而，这也导致高程度的生产复杂性。
本发明的目的是提供一种更加简易且从而更加成本节约的方案。
发明内容
该目的通过用于连接电池单元的蜂窝电气元件的连接器来实现，其包括盖状的载体元件和覆盖元件，至少一个触头元件布置在载体元件中，连接器元件设置在载体元件的边缘区域中，用于使触头元件与连接器元件相接触的薄膜导体布置在载体元件中，载体元件具有焊口，且覆盖元件构造为使得载体元件的焊口可以由其覆盖。
该目标还通过用于将上述连接器安装在电池单元上的方法来实现，所述方法具有以下方法步骤：
a)将盖状的载体元件安置于电池单元上，使得具有触头元件的侧面面朝电池单元；
b)通过载体元件的焊口将触头元件焊接至蜂窝电气元件的接触位置；
c)用覆盖元件覆盖载体元件的焊口。
根据本发明的连接器生产起来更加简易且更加成本节约，这是由于相较于具有盖的外壳，载体元件可以与覆盖元件更加简易地一起生产。为了产生与蜂窝电气元件的接触，连接器具有布置在载体元件中的触头元件。从而确保了简易的接触。
可以使用以下改进和实施例来进一步改善根据本发明的方案，每个改进和实施例自身是有利的，且可以自由地彼此结合。
连接器可以具有布置在载体元件中的多个触头元件。因此可使得多个蜂窝电气元件被接触。特别地，这样的触头元件整齐地布置为一个接着一个，且例如可以具有相对于彼此的固定的间隔。在这样的实施例的情况下，例如可接触布置成行的电气元件。
载体元件具有焊口。由于所述焊口，可将触头元件焊接至蜂窝电气元件。焊口可存在于载体元件上，或例如通过切割或冲制从载体元件切割。焊接操作并不必然需要发生在焊口自身处。焊口也可以仅用来使得焊接操作成为可能，例如，通过使得电接触成为可能，从而，焊接操作例如可以发生在相反的侧面处，例如借助于电流。触头元件可以位于焊口的下方。
借助于通过焊口被压合在触头元件上的焊接装置的电极，可以通过载体元件中的焊口将触头元件焊接至蜂窝电气元件，由此触头元件被压合在蜂窝电气元件上。随后，电流可以流动通过电极和触头元件，且可以在触头元件和蜂窝电气元件之间进行焊接操作。因此，在这样的实施例中，可由于焊接装置的电极而同时地实现触头元件与蜂窝电气元件之间的机械连接和电连接。
在触头元件的纵向方向上对齐的焊口的行可以布置在载体元件中，特别是可以存在两个行。由于两个行的存在，可以不仅在单个位置而是可以在两个位置焊接触头元件，由此实现更加稳定的电气和机械连接。与单个的较大的焊口(通过该焊口可能进行两个焊接操作)相比，在两个分离的较小的焊口的情况下，载体元件的稳定性受损程度较轻。
可以由载体元件保持触头元件。例如，可以通过主动锁定和/或通过摩擦接合连接由载体元件保持触头元件。材料接合连接也是可能的。触头元件可以固定在载体元件中，例如夹紧或热铆接等。特别地，可以由保持元件将触头元件保持在载体元件上。
带状的保持元件可以是带材料的分离的部分。例如，该带材料可以从供给轧辊展开，且它的部分可以分离。取决于应用，可以分离不同长度的部分。这使得生产方面的高度灵活性成为可能。如果准备连接大量的电气部件，则可以分离较长的件并相应地使用较多的触头元件。在分离之前或之后，带材料可以仍是已被处理的，例如其可以被成形，或从其冲出一些部分。
可以通过注射模制来生产载体元件。
载体元件和/或保持元件可以包括热塑材料。例如，它们可以包括塑料材料。载体元件和/或保持元件从而可以容易地生产和/或成形。
保持元件可以构造为薄膜，特别是从而构造为具有薄膜导体的薄膜，并例如结合至具有触头元件的盖状的载体元件。由于粘性结合，触头元件可以固定和/或保持在载体元件和保持元件上。触头元件可以排他地粘性结合至载体元件或排他地粘性结合至保持元件。
覆盖元件可以结合至载体元件。粘合剂可以布置在两者之间。由于这种类型的适配，使得非常简易的处理成为可能。
覆盖元件用于电绝缘、用于触头安全、并提供焊接位置的机械保护。其可以进一步用于适配跟踪(tracing)元件，例如雪花代码(snowflake code)、数据时钟以及诸如此类。特别优选的是将该覆盖元件形成为粘性结合元件。覆盖元件还可以包括自动恢复薄膜，其具有的优点是对薄膜的机械损伤的发生再次关闭(close)。
保持元件可以具有与触头元件相接触的电薄膜导体。这样的保持元件从而执行双重功能。其在保持触头元件的同时，使得触头元件的电接触成为可能。用于接触触头元件的分离的元件从而是多余的，且可以减少部件的数量。
电气薄膜导体可以嵌入在保持元件中。从而确保了简易的处理。与此同时，可以使用保持元件的部件，例如用来使电气导体绝缘，由此减少材料复杂性。
保持元件可以具有多个电气薄膜导体，该多个电气薄膜导体通过电气元件接触。在不同的情况下，电气薄膜导体可以连接至触头元件。在其他位置，它们可以例如能够从外侧被连接，例如，从而用于测量电压。在这样的实施例的情况下，可例如同时接触并检查多个蜂窝电气元件。
保持元件可以具有彼此平行延伸的多个电气薄膜导体。这样的实施例特别地节约空间，且在机械加工的情况下是有用的。特别地，电气薄膜导体可以在连接器的纵向方向上延伸。从而可同时接触在连接器的纵向方向上一个接着一个设置的多个蜂窝电气元件。保持元件可以特别地包含扁平带状电缆或扁平带状线路，其也被称为FFC(扁平柔性电缆)。
至少相对多数的彼此并排设置的薄膜导体可以在焊口的两个行之间延伸。由于焊口的空间距离，焊口可以从而使得稳定的机械连接成为可能。与此同时，由于在焊口的两个行之间延伸的导体，紧凑的构造成为可能。
触头元件可以是板状的。在这样的实施例的情况下，触头元件可以以特别稳定的方式布置在载体元件中。与此同时，该实施例使得高电流密度成为可能。从金属板材冲孔和/或冲压的板状的触头元件例如是特别易于生产的。
触头元件可以具有舌部。舌部可以用于简易的接触。舌部可以面朝薄膜导体。在这种情况下，舌部可以与多个薄膜导体空间地重叠，但仅与单个薄膜导体电接触。在多个触头元件的情况下，一个触头元件可以分别地连接至一个导体。
为了使紧凑的构造成为可能，舌部可以在焊口的行的两个相邻的焊口之间延伸。
舌部可以突出进入保持元件的导体区域。在这种情况下，舌部可以与一个或多个导体相接触。
多个电气导体可以在带方向上延伸，且舌部可以相对于带方向垂直地突出进入保持元件的导体区域。从而同时实现紧凑且牢固的构造。
触头元件可以是用于连接两个电池元的电池元连接器。由于这样的触头元件，可例如并联地或串联地连接两个电池元，且它们不必单独地被接触。
进一步特别有利的是提供具有槽的触头元件，所述槽在两个区域之间延伸，在不同的情况下，电池元在这两个区域中被接触。该槽引起了公差补偿，其一方面可以补偿相邻的电池元的位置之间的公差，另一方面可以补偿由于不同的温度路径而产生的公差。
蜂窝电气元件可以是电压源和/或电压沉，特别是原电池。连接器也可以自然地使用在其他蜂窝电气元件上，例如在电容器上，特别是超级电容器("Supercaps")。
附图说明
在下文中通过示例的方式，参考有利的实施例、改进和附图来更详细地解释根据本发明的方案。在这种情况下，取决于在应用中所需要的优点，示出的改进和实施例可以自由地彼此组合和省略。
在附图中：
图1是从停靠(rest on)在电池单元上的侧面观察的根据本发明的连接器的示意透视图；
图2是在没有覆盖元件的情况下的、来自图1的连接器的分解图；
图3是来自图1的连接器、以及电池单元和覆盖单元的示意平面图；
图4是从停靠在电池单元上的侧面观察的根据本发明的第二连接器的示意透视图；
图5是从覆盖元件所停靠的侧面观察的根据本发明的第二连接器的示意透视图；
图6是根据图4的连接器的触头元件和薄膜导体如何停靠在电池单元上的示意透视图；
图7是来自图4的(没有覆盖元件)、具有电池单元的、根据本发明的连接器的示意透视图；
图8是来自图4的(没有覆盖元件)、具有彼此连接的多个电池单元的、根据本发明的多个连接器的示意透视图；
图9是来自图4的、其覆盖元件具有彼此连接的多个电池单元的、根据本发明的多个连接器的示意透视图。
具体实施方式
图1是从安装在电池单元的侧面观察的用于连接蜂窝电气元件(未示出)的、根据本发明的连接器1的俯视图。连接器1包括盖状的载体元件2以及布置为两个平行的行的多个触头元件4。
载体元件2构造为长形的基部板21，其具有周界边缘22。通过注射模制来生产载体元件2。在这种情况下，为了固定触头元件4，形成了销5，触头元件4可以安置于销5中且随后部分地形成相对于载体元件2的主动锁定连接。代替销，还可提供接触构件以接收触头。可以通过热铆接来形成销5，从而固定触头元件4。
图2中的分解图还可以理解为预组装位置。在组装期间，带状的保持元件3以及连接器元件34插入接收构件8。随后，触头元件4被安置于载体元件2的销5上。
保持元件3基本上包括具有薄膜导体10的两个平行的薄膜。这些薄膜导体10在一端连接至连接器元件34的触头。还可仅设置一个具有薄膜导体的薄膜。
保持元件3包括热熔粘性材料，当被热处理时，所述热熔粘性材料以材料接合的方式至少部分地连接至载体元件2和触头元件4。在可替代的实施例中，保持元件3可以粘性地结合至载体元件2和/或触头4。
保持元件3从而执行两个功能：触头元件的电连接和机械连接。然而，还可能的是，使保持元件仅用于电接触，而使载体元件2接管保持功能。
在载体元件2上设置有焊口7，当连接器在没有覆盖元件的情况下适配在电池单元上时，即，在组装状态时，触头元件4通过焊口7至少部分地可见，且通过焊口7，触头元件4焊接在蜂窝电气元件的相对应的反向元件上。取决于应用，可不必将触头元件4焊接至蜂窝电气元件。
例如，压合动作也可能足以产生足够良好的电接触。
载体元件2具有焊口7的两个行8。在行内，焊口7以规则的方式一个接着一个地布置，且在载体元件2的纵向方向上具有相同的间隔。从而可以接触一个接着一个地布置成行的多个蜂窝电气元件。
载体元件2上的焊口7用于，使得能够使用焊接装置进行焊接。通过焊口7，焊接装置的电极可以电接触触头元件4，且同时在压合方向A上将触头元件4压合在蜂窝电气元件的反向元件上(未示出)，该反向元件布置在载体元件2的下方。然后，电力可以被引导通过该连接，使得触头元件4被焊接至电气元件。
载体元件2和保持元件3还可以包括热塑材料，例如热塑塑料材料。在可替代的实施例中，载体元件2或保持元件3可以包括其他材料，例如热固材料或其他绝缘材料。触头元件4由导电材料构成，从而实现良好的接触。
保持元件3具有嵌入在保持元件3中的多个电气薄膜导体10。电气薄膜导体10在保持元件3的纵向方向上和带状的连接器1的纵向方向上延伸。
电气薄膜导体10彼此在旁地延伸，且特别是彼此平行的。电气薄膜导体10的第一束和电气薄膜导体10的第二束在载体元件2中的接收构件8中的触头4的两个行之间平行地延伸。每个电气薄膜导体10与触头元件4电接触。
电气薄膜导体10在连接器1的纵向方向上引导，且可以例如在一端与连接器元件34的触头相接触，例如从而测量单独的触头元件4处的电压。
触头元件4被示出为板状的。由于该实施例，它们可以有效地被插入载体元件2。与此同时，从而可实现高电流和承载电容。它们例如可以通过由金属板材冲孔和/或冲压而形成。连接器1从而在这种情况下构造为三明治状的方式，触头元件4布置且保持为平行于由保持元件3形成的位置以及由载体元件2形成的位置。
每个触头元件4具有突出进入保持元件3的导体区域的舌部16。舌部16被引导朝向薄膜导体10的束。束中的每一个薄膜导体10连接至触头元件4的舌部16。由于电气薄膜导体10嵌入在保持元件3中，相对于其他触头元件4和它们的舌部16，该薄膜导体10通过保持元件3的绝缘材料而绝缘。
每个舌部16在载体元件2上的焊口7的行8中的两个相邻焊口7之间延伸。从而确保了在连接器1的纵向方向上紧凑的构造。舌部16从而垂直于电连接器1的纵向方向延伸。
图3是来自图1的连接器1、以及电池单元20和覆盖元件40的分解图。也可以看到用于连接至相邻的电池单元的连接150。覆盖元件40覆盖载体元件2中的焊口7。从而带来触头的必要的绝缘和保护。覆盖元件40构造为粘性结合的元件，且还提供对抗机械应力的保护，特别是当薄膜构造为自动恢复薄膜时。
图4-9示出了连接器101的第二实施例。图4是从安装在电池单元上的侧面观察的、没有任何覆盖元件的、用于连接多个蜂窝电池元件的第二连接器101的俯视图。连接器101还包括盖状的载体元件102(载体元件102具有长形的基部板121，基部板121具有周界边缘122)、成两个平行的多个触头元件104、用于固定触头元件104的销105、两个平行的带状的保持元件103(具有薄膜导体110)、并具有连接器元件134。还可看见用于使多个电池单元222相连接的连接150。这些被构造为使得触头安全。
连接器101的该第二实施例的区别特别在于所使用的触头元件104。触头元件104也示出为板状的。每个触头元件104具有突出进入保持元件103的导体区域的舌部116。舌部116面朝薄膜导体110的束。束中的每一个薄膜导体110连接至触头元件104的舌部116。每个舌部116在载体元件102上的焊口107的行108中的两个相邻焊口107之间延伸。触头元件104是用于连接两个相邻的电池元的电池元连接器。旨在使触头元件104设置有槽117，槽117在两个区域118和119之间延伸，电池元在这两个区域中被接触。该槽117引起了公差补偿，其一方面可以补偿相邻的电池元的位置之间的公差，另一方面可以补偿由于不同的温度路径而产生的公差。在区域118、119的每一个中，进行与电池元的触头的焊接(在不同的情况下，通过至少一个焊口107)。
蜂窝电气元件20是原电池形式的电压源和/或电压沉，其为牵引用电池23的部分，牵引用电池23例如可见于电动车辆中，用于重复地移除和存储电能。每个蜂窝电气元件20具有阳极24和阴极25。
在电连接器101的中心区域中，在不同的情况下，触头元件104使第一原电池20的阳极24与第二相邻的原电池20的阴极25相接触。在此处所示的实施例中，连接器101中相邻的触头元件104则使第三原电池20的阳极24连接至第四原电池20的阴极25，等等。图4还示出了另一个连接器151，其相应地连接外部(在图6的上部)电极。连接150的该连接器151用于使牵引用电池23的多个电池单元222相连接。因此，总的来说，电池元20串联地彼此连接，使得原电池20的电压增加。因此，在这种情况下，触头元件104作用为电池元连接器，其使原电池20彼此连接。
在横向方向上(与两个平行的行108中的两个焊口107一致)一个接着一个设置的两个接触位置中的每一个接触原电池20的单个电极。沿着电连接器的纵向方向的两个接触区域布置在下一个原电池20上，在这种情况下，又是在单个电极上。布置在相反的端部处的附加的触头元件151仅与原电池20的单个触头相接触。它们突出超出电池单元222的剩余部分。它们可以被接触，且电压传递至其他电气元件。如图8和图9所示，多个电池单元222在连接150处通过连接元件152彼此连接，且从而形成牵引用电池23。
每个电气导体110连接至触头元件104，从而可以持续地监测存在于该触头元件104处的电压。在这种情况下，为了能够单独地控制位于每个触头元件104处的电压，在带状的保持元件103中嵌入电气导体110，电气导体110可以被单独地接触，例如在带状的导体101的一端接触插头型连接器134。每个触头元件从而电连接至导体110。该连接还可以通过载体元件102中的其他焊口109借助于焊接来实现。
在这种情况下，示出了实施例的替代方案，其中两个连接器101是必需的，为了产生连续的“Z状”电流路径，蜂窝元件20的所有的阳极24和阴极25也可以以线性的方式一个接着一个地布置为单个的行。随后，单个连接器101可能足以产生连续的电流通路。在这种情况下，第一触头元件将第一蜂窝元件20的阳极24连接至第二蜂窝元件20的阴极25。连接器101中的相邻的触头元件104则将第二蜂窝元件20的阳极24连接至第三蜂窝元件20的阴极25，等等。
在附图中，在原电池20上使用连接器纯粹是通过示例的方式进行解释。自然地，其也可以用于其他蜂窝电气元件上，例如电容器、特别是超级电容器("Supercaps")。
附图标记列表
1，101 连接器
2，102 盖状的载体元件
3，103 保持元件
4，104 触头元件
5，105 销
7，107 焊口
8，108 接收构件
9，109 附加的焊口
10，110 薄膜导体
16，116 舌部
117 槽
118，119 区域
20 蜂窝电气元件
21，121 基部板
22，122 边缘
222 电池单元
23 牵引用电池
24 阳极
25 阴极
34，134 连接器元件
40，140 覆盖元件
150 连接
151 附加的触头元件
152 连接元件

Claims (14)

1.一种用于连接电池单元的蜂窝电气元件的连接器(1，101)，包括盖状的载体元件(2，102)、和覆盖元件(40)，多个触头元件(4，104)布置在所述载体元件(2，102)中，多个连接器元件(34，134)设置在所述载体元件(2，102)的边缘区域中，用于使所述触头元件(4，104)与所述连接器元件(34，134)相接触的多个薄膜导体(10，110)布置在所述载体元件中，所述多个薄膜导体彼此平行且沿所述连接器的纵向方向延伸，所述载体元件(2，102)具有焊口(7，107)，且所述覆盖元件(40，140)构造为使得所述载体元件(2，102)的焊口(7，107)可以由所述覆盖元件覆盖，其中至少一个所述触头元件(4，104)具有舌部(16，116)，所述舌部(16，116)与所述多个薄膜导体(10，110)在空间上重叠。
2.如权利要求1所述的连接器，其中所述覆盖元件(40，140)包括薄膜。
3.如权利要求1或2所述的连接器，其中所述覆盖元件(40，140)涂覆有粘合剂。
4.如权利要求1或2所述的连接器，其中所述覆盖元件(40，140)包括自动恢复薄膜。
5.如权利要求1或2所述的连接器，其中位于背离所述触头元件(4，104)的侧面处的覆盖元件(40，140)可以结合至所述载体元件(2，102)。
6.如权利要求1或2所述的连接器，其中所述触头元件(4，104)和薄膜导体(10，110)被保持在所述载体元件(2，102)中。
7.如权利要求1所述的连接器，其中所述薄膜导体(10，110)被集成在保持元件(3，103)中，所述保持元件将所述触头元件(4，104)保持在所述载体元件(2，102)上。
8.如权利要求7所述的连接器，其中所述保持元件(3，103)具有多个电气的所述薄膜导体(10，110)，其每一个在一侧接触触头元件(4，104)，且在另一侧接触所述连接器元件(34，134)的触头。
9.如权利要求7或8所述的连接器，其中所述保持元件(3，103)具有彼此平行延伸的多个电气导体。
10.如权利要求1或2所述的连接器，其中至少一个所述触头元件(4，104)是板状的。
11.如权利要求1或2所述的连接器，其中至少一个所述触头元件(4，104)具有通过槽(117)彼此分离的、用于接触相邻的电池元的两个区域(118，119)。
12.如权利要求7或8所述的连接器，其中所述舌部(16，116)突出进入所述保持元件(3，103)的导体区域，以接触薄膜导体(10，110)。
13.一种用于将如权利要求1-12中任一项所述的连接器(1，101)安装在电池单元(222)上的方法，具有以下方法步骤：
a)将所述盖状的载体元件(2，102)置于电池单元上，使得具有所述触头元件(4，104)的侧面面朝所述电池单元；
b)通过所述载体元件(2，102)的焊口(7，107)将所述触头元件(4，104)焊接至蜂窝电气元件(20，120)的接触位置；
c)使用所述覆盖元件(40，140)覆盖所述载体元件(2，102)的焊口(7，107)。
14.如权利要求13所述的方法，其特征在于，所述覆盖元件(40，140)结合至所述载体元件(2，102)。
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