CN106328876B - 棱柱形的蓄电池单池和蓄电池组 - Google Patents

棱柱形的蓄电池单池和蓄电池组 Download PDF

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Abstract

本发明涉及一种棱柱形的蓄电池单池（2），其具有直角平行六面体形的壳体（4）和布置在所述壳体中的电极（10），其中所述电极（10）为了接纳和输出所述蓄电池单池（2）的能量与终端接头（18）以电的方式连接，其中所述壳体（4）具有盖部区域（24），所述盖部区域具有所述终端接头（18）并且所述盖部区域具有至少一个设有绝缘材料环境（26）的区域。所述蓄电池单池（2）具有至少一个金属的触针（28），所述金属的触针与两个电极（10）中的一个以电的方式连接并且被引导穿过所述绝缘材料环境（26）。此外，提供了一种蓄电池组，其具有多个这种类型的棱柱形的蓄电池单池（2）。

Description

棱柱形的蓄电池单池和蓄电池组
技术领域
本发明涉及一种棱柱形的蓄电池单池，其具有直角平行六面体形的壳体和布置在所述壳体中的电极。
此外，提供了一种蓄电池组，其具有多个棱柱形的蓄电池单池。
背景技术
在下面，概念“电池”和“电池单池”如在一般的语言习惯中那样通常用于“蓄电池”或者“蓄电池单池”。电化学的单池以下也被简称为电池单池或单池。典型地将多个电池单池优选在空间上联合在一个电池中并且以线路技术的方式相互连接、例如串联或并联成模块，以便能够提供所需要的功率数据。多个模块构成蓄电池组。
对于高功率电池系统像例如在混合动力车辆、电动车辆或固定式存储器中的应用，单个的电池单池通过串联或并联成所期望的总功率的方式来进行电连接。
所述连接经常以下述方式建立：所述单池在空间上并排地布置并且然后与刚性的金属的连接部件、所谓的单池连接器以电的方式连接。
对于所述高功率电池系统的调整和功能监测而言，需要如单池电压、单池温度、模块电压和模块温度这样的信息。这些信息通过传感器与在所述单池连接器上的电气布线的连接输送给相应的控制器。测量导线和传感器到所述单池连接器上的连接在此通常通过插塞连接、钎焊连接或夹压连接（Krimpverbindung）实现。
这种类型的设计例如由DE 10 2012 213 673 A1公开。在此描述一种电池模块，所述电池模块具有多个电池单池和多个单池连接器，其中所述单池连接器电池单池的电极接头以能彼此电传导的方式连接。为了进行电压测量和/或温度测量，所述单池连接器包括插塞触点，相应的测量导线连接在所述插塞触点上。
由CN 204118200 U公开了一种棱柱形的聚合物锂离子单池，其中在核心本体的上端部和下端部上布置了所述单池的正的和负的接头。两个电极中的一个通过金属线导引到另一侧上，在所述另一侧上设置了塑料部件用于容纳连接插头。
发明内容
本发明通过一种棱柱形的蓄电池单池得到阐明。
在此规定，棱柱形的蓄电池单池具有直角平行六面体形的壳体和布置在所述壳体中的电极，其中所述电极为了接纳和输出所述棱柱形的蓄电池单池的能量与终端接头（Terminalanschluss）以电的方式连接，其中所述壳体具有盖部区域，所述盖部区域具有所述终端接头并且所述盖部区域具有至少一个设有绝缘材料环境的区域，所述棱柱形的蓄电池单池具有至少一个金属的触针，所述金属的触针与两个电极中的一个以电的方式连接并且被引导穿过所述绝缘材料环境。
有利地，在所述棱柱形的蓄电池单池的根据本发明的设计方案中，所述测量导线和传感器中的至少一些的连接不是通过所述单池连接器来实现，而是通过至少一个金属的触针来实现。附加于所述终端接头而设置的金属的触针直接与两个电极中的一个连接，这形成了结实的接触。由此实现了高质量的连接。
所述金属的触针根据一种实施方式被引导穿过壳体壁，但是所述金属的触针也能够在所述盖子的下面结束。
所述绝缘材料环境例如能够由塑料制造，但是其中对于本领域技术人员而言其他的替代方案也是可行的，所述替代方案实现了相对于所述电池的终端接头和/或相对于所述单池连接器的足够的绝缘。
根据一种优选的实施方式，所述金属的触针布置在插塞壳体中。通过设置插塞布置能够提供通往电缆束的、特别简单的、结实的电连接。所述电缆束在此表示电缆和其他的装置、像例如配对插头，所述其他的装置之所以被需要是为了对蓄电池组中的多个棱柱形的蓄电池单池进行电接触。
根据一种实施方式，所述金属的触针构造为冲压弯曲件。作为冲压弯曲件的构造一方面特别成本低廉并且另一方面足够结实，以便提供关于所述棱柱形的蓄电池单池的温度和/或电压的可靠的信息、例如温度或电压。
根据一种优选的实施方式，所述终端接头为了接纳和输出所述蓄电池单池的能量以偏心的方式、特别优选以彼此相反地偏心的方式布置在所述盖部区域上。所述终端接头的相反地偏心的布置降低了由于跨接所述终端接头之间的间距而导致的短路的可能性。
与此相反，所述触针优选居中地布置在所述壳体的盖部区域中。由此能够有利地实现所述电缆束的复杂性的降低、尤其是所述电缆束的长度的缩小和所述电缆束的装配的简化。偏心的终端接头在触针居中地布置的情况下的拓扑布局在同时提供所述电池的电极接头的可靠的分离的情况下实现了所述电缆束的装配的简化。
所述棱柱形的蓄电池单池能够具有一个或多个如上面所描述的那样的金属的触针。对于所述棱柱形的蓄电池单池例如具有两个金属的触针的情况，所述金属的触针优选分别与两个电极中的一个以电的方式连接并且被引导穿过所述绝缘材料环境。第一金属的触针与所述两个电极中的第一个以电的方式连接并且第二金属的触针与所述两个电极中的第二个以电的方式连接。由此能够提供关于所述两个电极的电压差的信息，以及提供关于在所述电池中的多个不同位置处的温度的信息。
特别优选的是，多个根据本发明的棱柱形的蓄电池单池构造在蓄电池组中。由此，本发明也包括具有多个如所描述的那样设计的棱柱形的蓄电池单池的蓄电池组。所述蓄电池单池在此借助于单池连接器以电的方式相互并联和/或串联，以便提供所需要的功率。所述单池连接器与所述蓄电池单池的终端接头以电的方式连接并且实现了所述蓄电池单池的能量的接纳和将该蓄电池单池的能量输出给环境、例如输出给电动马达。
所述金属的触针根据一种优选的实施方式连接到电池管理系统（BMS）的测量导线上。所述电池管理系统测量单个单池、单个模块或所有电池的电池电流和电压以及测量单个单池、单个模块或所有电池的温度并且从中获取例如所述电池单池的充电状态（SOC：State of Charge（充电状态））、所述电池单池的损伤状态（SOH：State of Health（健康状态））和所允许的电池功率。在过载的情况下、在离开SOC-窗口的情况下或者在过热的情况下，通过切断所述系统或通过输出切断指示来保护例如所述电池单池。
所述金属的触针能够借助于夹压（Krimpen）或钎焊连接到所述电池管理系统的测量导线上。作为对此的替代方案，所述金属的触针通过插塞连接来连接到所述电池管理系统的测量导线上。能够规定，一些金属的触点借助于夹压或钎焊连接到所述电池管理系统的测量导线上并且其他的金属的触针通过插塞连接来连接到所述电池管理系统的测量导线上。
金属的触针的提供—所述金属的触针与所述蓄电池单池的两个电极中的一个以电的方式连接并且被引导穿过在所述直角平行六面体形的壳体的盖部区域中的绝缘材料环境—提供了所述蓄电池单池的结实的电接触用于提供测量数据。所述电缆束能够不仅在复杂性方面而且在长度方面得到降低，从而能够简化地实现装配。
对于在所述单池的两个电极处实现截取（Abgriff）的情况，所述电池管理系统的多个功能能够通过所述金属的触针得到满足。
附图说明
本发明的实施例在附图中示出并且在以下的说明中进一步解释。
附图中：
图1示出了根据现有技术的蓄电池组的部分的分解图；
图2示出了根据本发明的实施方式的棱柱形的蓄电池单池的部分的剖面图；并且
图3示出了根据本发明的实施方式的两个相互连接的棱柱形的蓄电池单池的俯视图。
具体实施方式
在以下的、本发明的实施例的说明中，相同的或相似的组件用相同的附图标记来表示，其中在个别情况下放弃对所述组件进行重复的说明。附图在此仅仅示意性地示出了本发明的对象。
图1是根据现有技术的蓄电池组的部分的分解图。所述蓄电池组的蓄电池单池未一起示出。那么图1示出了具有通往未示出的单池终端的触点102的电缆束100。此外，图1示出了单池连接器104，利用所述单池连接器所述单池以电的方式相互串联和/或并联。此外，图1示出了用于容纳所述单池连接器104和所述电缆束100的塑料盖106。所述塑料盖106以下述方式构造：所述塑料盖在所述棱柱形的蓄电池单池的顶面上搭接（übergreifen）并且联合多个并排地布置的棱柱形的蓄电池单池。
所述电缆束100通过所述单池连接器104接触所述蓄电池单池。由此，对于每个单池而言必须制造两个通往所述单池连接器104的触点102，从而使得所述电缆束100基本上具有如示出的那样的U形或者具有带有中间线路的树状结构，两条支路分别从所述中间线路侧面离开通往所述单池连接器104（未示出）。
图2以侧剖面图的形式示出了根据本发明的实施方式的棱柱形的蓄电池单池2的上面部分。与例如所谓的软包单池或咖啡袋单池不同的是，所述棱柱形的蓄电池单池2包括固定的壳体4。所述固定的壳体4基本上构造成直角平行六面体形，因此包括侧壁8和盖子6，其中所述侧壁典型地能够由铝构造。
在锂离子蓄电池单池的情况下，所述盖子6典型地具有用于液态的电解质的填充口，这未示出。此外，所述盖子6能够包括同样未一起示出的、如破裂膜或其他的安全装置那样的装置。
在直角平行六面体形的壳体4中布置了电极10，所述电极典型地被称为阳极和阴极，并且所述电极是所述棱柱形的蓄电池单池2的正极或者负极。所述电极10为了接纳和输出所述棱柱形的蓄电池单池2的能量而与集电器12连接，所述集电器在所示出的实施例中具有垂直走向的电极接触区段14以及水平走向的旗状区段，所述旗状区段分别终止于在上侧伸出的终端接头内。所述电极10因此为了接纳和输出所述棱柱形的蓄电池单池2的能量而与所述终端接头18以电的方式连接。在该实施例中，所述单池连接器20的熔焊区段22被熔焊到所述终端接头18上，以便将多个这样的棱柱形的蓄电池单池2相互连接。
在一些实施方式中，所述终端接头18超过所述盖子6并且仅仅在所述盖子6的上面才被所述单池连接器20所接触。所述接触能够例如通过熔焊但是也能够通过夹压或钎焊来实现。
在所示出的实施方式中，在盖部区域24中此外还设置了绝缘材料环境26。所述盖部区域24表示例如所述棱柱形的蓄电池单池2在所述电极10上面的区域。所述绝缘材料环境26能够例如由塑料组成。
将金属的触针28固定、例如熔焊或钎焊或夹压到两个终端接头18中的一个上。在所示出的实施例中，所述金属的触针28被引入到所述单池连接器20与所述终端接头18之间。在其他的实施方式中，能够实现所述金属的触针28接触到相应的电极10上也能够接触在所述旗状区段16的区域中或者在所述电极接触区段14的区域中。所述金属的触针28在所示出的实施例中构造为能够成本低廉地制造的冲压弯曲件并且伸出超过所述盖子6。在其他的实施方式中，所述金属的触针28也能够终止于所述盖子6的下面。
所述绝缘材料环境26能够例如以注塑的方式制造。因此，所述金属的触针28能够被所述绝缘材料环境26注塑包封，以便使得所述金属的触针相对于所述棱柱形的蓄电池单池2的其他的金属构件并且相对于所述电解质绝缘。
在所示出的实施方式中，所述金属的触针28此外还布置在插塞壳体30中。所述插塞壳体30同样能够制造为冲压部件，所述冲压部件要么事后装入、例如旋紧或夹压到所述绝缘材料环境26中，要么能够在其他的实施方式中与所述绝缘材料环境26一体地制造。所述插塞壳体30被构造用于容纳所述电缆束的适配的配对插头（未示出）。
图3示出了根据本发明的实施方式的两个并排地布置的棱柱形的蓄电池单池2的俯视图。所述直角平行六面体形的棱柱形的蓄电池单池2具有短的侧壁8a和长的侧壁8b。
所述棱柱形的蓄电池单池2分别在长的侧壁8b上相互邻接地布置。所述棱柱形的蓄电池单池2例如通过所述单池连接器20相互串联。所述单池连接器20原则上能够任意地形成，在所示出的实施方式中，所述单池连接器例如在蓄电池组的多个棱柱形的蓄电池单池2上曲折形地延伸。在所示出的实施方式中，所述棱柱形的蓄电池单池2还包括在俯视图中居中地布置在所述盖子6中的插塞壳体30。在该实施方式中，所述棱柱形的蓄电池单池2分别包括两个金属的触针28。一个金属的触针28在此相应地连接到一个相应的电极10上，从而使得信息能够通过在两个电极10上的电压提供。所述插塞壳体30能够具有形状锁合元件，所述形状锁合元件通过相应的配对插头（未示出）实现了用于接触所述金属的触针28的明确的定向。所述金属的触针28能够相对于所述棱柱形的蓄电池单池2的盖子6的中点32对称地布置。
同样地，所述终端接头18（这里未示出，但是能够通过所述单池连接器20的位置基于图1来识别）也相对于所述盖子6的中点32以偏心的方式布置、尤其以彼此相反地偏心的方式布置。
本发明不局限于这里所描述的实施例和在其中所强调的方面。更确切地说，在由权利要求书所给出的范围之内，大量在本领域技术人员的行事范围之内的改变方案是可行的。

Claims (10)

1.棱柱形的蓄电池单池（2），其具有直角平行六面体形的壳体（4）和布置在所述壳体中的电极（10），其中所述电极（10）为了接纳和输出所述棱柱形的蓄电池单池（2）的能量与终端接头（18）以电的方式连接，其中所述壳体（4）具有盖部区域（24），所述盖部区域具有终端接头（18）并且所述盖部区域具有至少一个设有绝缘材料环境（26）的区域，其特征在于，所述棱柱形的蓄电池单池（2）具有至少一个金属的触针（28）用于连接到电池管理系统的测量导线上，所述金属的触针与两个电极（10）中的一个电极以电的方式连接并且被引导穿过所述绝缘材料环境（26），其中，所述金属的触针（28）居中地布置在所述壳体（4）的盖部区域（24）中。
2.按权利要求1所述的棱柱形的蓄电池单池（2），其特征在于，所述金属的触针（28）布置在插塞壳体（30）中。
3.按权利要求1或2所述的棱柱形的蓄电池单池（2），其特征在于，所述金属的触针（28）构造为冲压弯曲件。
4.按权利要求1或2所述的棱柱形的蓄电池单池（2），其特征在于，所述终端接头（18）为了接纳和输出所述蓄电池单池（2）的能量以偏心的方式布置在所述盖部区域（24）上。
5.按权利要求1或2所述的棱柱形的蓄电池单池（2），其特征在于，所述蓄电池单池（2）具有两个这种类型的金属的触针（28），所述金属的触针分别与所述两个电极（10）中的一个电极以电的方式连接并且被引导穿过所述绝缘材料环境（26）。
6.按权利要求4所述的棱柱形的蓄电池单池（2），其特征在于，所述终端接头（18）为了接纳和输出所述蓄电池单池（2）的能量以彼此相反地偏心的方式布置在所述盖部区域（24）上。
7.具有多个根据权利要求1到6中任一项所述的棱柱形的蓄电池单池（2）的蓄电池组，其中所述蓄电池单池（2）借助于单池连接器（20）以电的方式相互并联和/或串联，其中所述单池连接器（20）与所述蓄电池单池（2）的终端接头（18）以电的方式连接。
8.按权利要求7所述的蓄电池组，其特征在于，所述金属的触针（28）连接到电池管理系统的测量导线上。
9.按权利要求8所述的蓄电池组，其特征在于，所述金属的触针（28）借助于夹压或钎焊连接到所述电池管理系统的测量导线上。
10.按权利要求8所述的蓄电池组，其特征在于，所述金属的触针（28）通过插塞连接来连接在所述电池管理系统的测量导线上。
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