CN109844988A - 电池、载体板以及具有卡锁元件的载体板元件 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种用于电池(1)的单体连接器(18)的载体板元件(6)，该电池具有多个电池单体(2)，该载体板元件具有多个均匀地彼此间隔的单体接纳部(14)，每个所述单体接纳部配设有至少一个用于卡入单体连接器的卡锁元件(16)，该卡锁元件设置在载体板元件上，多个单体连接器能防丢失地叠置地卡入在卡锁元件上。

Description

电池、载体板以及具有卡锁元件的载体板元件
技术领域
本发明涉及一种载体板元件，该载体板元件用于具有多个电池单体的电池的单体连接器；本发明还涉及一种具有多个这种载体板元件的载体板以及一种具有多个电池单体和这种载体板的电池。
背景技术
用于混合动力汽车和电动汽车的锂离子电池模块(下面也称为电池)和一些其它的电池由多个电池单体构成，这些电池单体通过金属的单体连接器(也称为母线)彼此电连接。
根据期望的驱动功率和/或工作电压的不同情况，在安装的电池单体的数量(也称为模块大小)方面、在电接线(例如纯粹的串联、串联/并联)方面和/或在可实现的电流承载能力(也叫功率等级)方面，这些电池可以彼此不同。
在制造这种电池时的挑战是，以尽可能小的耗费制造多个不同的电池类型，这些电池类型在前段中列举的影响方面可以几乎任意不同。
在实践中已经得到证实的是，对于不同的电池类型总是采用相同的电池单体，这些电池单体根据要求的不同的情况适当地串联和/或并联，以便可以实现不同的工作电压和/或可以调用不同的功率。
于是例如也在不同的电池类型中原则上各单个的例如盒形的电池单体以相邻的宽侧彼此贴靠地设置并且然后仅在电接线方面不同。
对于电接线来说，在多个传统的电池类型中，在电池单体上在它们的接触侧(也称为具有正的和负的电池单体接头的单体侧)上安装单体接触系统，在该单体接触系统中，按期望的接线，各单体连接器有选择地与电池单体的各单个的电极连接以及相互连接。
在这种单体接触系统的已知的实施方式中，所述单体接触系统由多个载体板构成，这些载体板彼此夹紧并且构造成，使得所述载体板仅能与适配于相应载体板的几何结构的单体连接器一起使用。
一方面，这种单体接触系统具有沿着电池单体堆叠方向的高的长度公差，并且由于载体板的选择的几何结构，这种单体接触系统按确定的接线方式来设计。
电池类型的开头提及的多样性通过这种载体板仅能在使用的电池单体的数量方面得到，但是不能在不同的并联/串联的电接线方面或者不同的要被传输的功率方面得到。
发明内容
因此本发明的目的是，实现一种较简单的单体接触系统，其在不同的电池类型方面具有较宽的应用范围。
该问题通过根据权利要求1所述的载体板元件、根据权利要求7所述的载体板以及根据权利要求9所述的电池解决。有利的实施方式是相应从属权利要求的主题。
按本发明的载体板元件用于具有多个电池单体的电池的单体连接器，该载体板元件具有多个均匀地彼此间隔的单体接纳部，每个所述单体接纳部配设有至少一个用于卡入单体连接器的卡锁元件，所述卡锁元件设置在载体板元件上。按本发明，多个单体连接器能防丢失地叠置地卡入在卡锁元件上。
按本发明的载体板具有至少两个在本发明意义中的载体板元件，其中，相邻的载体板元件能借助于榫-槽-连接部以及借助于要被卡入在卡锁元件上的单体连接器彼此固定和/或借助于塑料焊接而彼此固定。
按本发明的电池具有多个电池单体和在本发明意义中的载体板。电池的载体板元件的数量与电池单体的数量协调。在至少一个所述卡锁元件上卡入多于一个的单体连接器。
本发明尤其基于如下构思：引入一种载体板，该载体板关于在电池中要被连接的电池单体的数量可相对自由地适配，但是尽管有这种灵活性，该载体板仍允许单体连接器本身的自由的配置。由于各单个的载体板元件允许多个单体连接器防丢失地叠置地卡入，通过少量的不同的单体连接器几何结构或者甚至仅一个唯一的单体连接器几何结构，能实现基于总是相同的电池单体的电池类型的大量方案。
例如可以通过按本发明的载体板元件，在两个电池单体的两个相同类型的电极被并联的区域中，由于较小的要求的电流承载能力，仅一个唯一的单体连接器被卡入，而在所述两个事先并联的电池单体的电流必须被传导的另外的区域中，两个或三个单体连接器被卡入，以便能够实现需要的较高的电流承载能力。
对于本发明的目的足够的是，所述卡入仅“防丢失地”实现；因为这主要涉及电池的最终装配的有效的预备，其中，单体连接器于是总归与电池电极例如焊接或者以其他方式适合地连接。“防丢失”在本发明意义中不必强制性地表示，单体连接器已经在卡入时被百分之百固定。所以也可能的是，采用这种防丢失的卡锁元件的不同的、在后面说明的示例的实施方式，其中，至少卡入的第一单体连接器例如在背离电池电极的方向上仍能抬起(直至该第一单体连接器被焊接时)。虽然如此，当然在本发明意义中仍可设定(具体地在卡入最大设定数量的单体连接器时)，单体连接器在与电极焊接(不属于本发明)之前已经固定地安置在卡锁元件中。
按一种优选的实施方式，卡锁元件具有中轴线，围绕该中轴线设置至少两个、尤其三个或四个、参考中轴线径向进行卡锁的卡扣钩，这些卡扣钩优选与载体板元件单件式地构成。本实施方式具有如下优点：也许一个唯一的卡锁元件已经能足以使一个或多个单体连接器叠置地防丢失地卡入在载体板元件上。优选单体连接器为此由导电的金属材料构成和/或具有凹部，该凹部的直径与所述卡扣钩协调，使得当卡锁元件以卡扣钩穿过该凹部时，所述单体连接器卡入。在本申请的范围中，单体连接器在卡锁元件中卡入表示，所述单体连接器通过这种凹部引导到卡锁元件上并且卡扣钩穿过所述凹部，因此所述单体连接器卡入。
按一种备选的优选的实施方式，卡锁元件具有中轴线和沿该中轴线延伸的销、尤其热熔焊的销。这种备选方案在制造技术方面可以是较简单的，但是由于热熔焊的销的较小的可供使用的弹性的可变形性(与按其它备选方案的多个卡扣钩相比)，要求一方面单体连接器的凹部的尺寸和另一方面销的热熔焊的头部的尺寸的较严格的协调。
相反，按另一优选的实施方式，可以安装卡锁元件，该卡锁元件除了具有卡锁钩(如在两个首先描述的备选方案中那样)的元件之外附加地需要在载体板元件的本体上的止挡。在该实施方式中，卡锁元件具有至少两个、尤其三个、与载体板元件的主平面间隔不同距离的卡扣钩并且具有对应止挡，每个所述卡扣钩与载体板元件连接，优选与该载体板元件单件式地构成，并且各卡扣钩彼此相邻地设置，尤其并排地设置。
在该构造中不需要在单体连接器中设置凹部，该凹部在两个首先描述的备选方案中尤其在该凹部的封闭的实施方式中有助于防丢失性。防丢失性在此说明的实施方式中由单体连接器在卡扣钩与对应止挡之间(尤其弹性的)夹紧而得到。通过多个并排设置的卡扣钩设有与载体板元件的主平面间隔不同的距离，存在卡入一个、两个或三个单体连接器的可能性。
为了在本发明意义中尤其也能构成具有标准电池单体类型的电池，按一种优选的实施方式设定具有至少两个单体连接器列的载体板元件，所述单体连接器列分别规定多个均匀地间隔的单体接纳部。
在此优选具有多个这种载体板元件的载体板的机械稳定性可以通过如下方式改进：各单体连接器列彼此错开地设置，优选以一列之中的两个相邻的单体接纳部的距离彼此错开地设置。通过载体板元件的本体的边缘的错开的延伸走向，该边缘在其功能方面作为与相邻的载体板元件的相应的边缘的连接元件，可以将更多的结构加固施加到载体板中。
按一种优选的实施方式，载体板附加地具有前面的和后面的电流输出元件，每个所述电流输出元件与所述载体板元件之一连接。优选前面的电流输出元件、后面的电流输出元件以及设置在它们之间的载体板元件构成载体板，优选在所述电流输出元件之一与相邻的载体板元件之间的连接与两个相邻的载体板元件的连接同样地构成。同样优选在每个所述电流输出元件上设置至少一个单体接纳部，该单体接纳部由于与相邻的载体板元件连接而与载体板元件的单体接纳部隔开的距离正好等于载体板元件的单体接纳部彼此之间的距离。在本发明意义中，电流输出元件优选分别能理解成一种“结束的载体板元件”，该载体板元件允许接线的单体连接器例如连接到电池模块的其它层上。
按一种优选的实施方式，载体板元件的数量与电池的电池单体的数量协调。在各使用情况中载体板的大小可适配于电池单体的数量。如果在各单个的电池单体之间必须输送不同大小的电流，例如如果相应多个相邻的单体并联，并且这些“并联组”本身串联，那么优选可以设定，为了改进在“并联组”之间的电流承载能力，在至少一个所述卡锁元件上卡入多于一个的单体连接器。因此确保，在较高的电流承载负荷的区域中，取代一个单个的单体连接器，提供用于引导电流的较大的材料横截面(以多个单体连接器的形式)。
优选在此为了连接至少两个电池单体，一个第二单体连接器在一个第一单体连接器上方卡入在卡锁元件上，该第一单体连接器连接多于两个的电池单体。备选地优选，为了连接至少两个电池单体，一个第二单体连接器可以设置在两个第一单体连接器之间，该第二单体连接器与每个所述第一单体连接器具有重叠区域，在该重叠区域上，两个单体连接器借助于一个卡锁元件卡入。为了实现进一步改进的电流承载能力，必要时可以在第二单体连接器上方卡入第三单体连接器。
为了允许节省空间地集成适合的电池控制装置，在各单体连接器上方设置插座或者插排，其用于电池控制装置的插头、尤其用于BMS(电池管理系统)插座或者BMS插排。
附图说明
下面借助于示意的附图详细解释本发明。其中：
图1以斜视图形式显示根据示例性的实施方式的电池，其具有多个电池单体和一个载体板；
图2显示根据示例性的实施方式在连接状态中的载体板(图2a)以及该载体板的在未连接状态中的载体板元件(图2b)；
图3显示卡锁元件的不同的示例性的实施方式：以斜视图形式显示径向设置的卡扣钩(图3a)，以侧面剖视图形式显示热熔焊的销(图3b)，以及以斜视图形式显示线性地并排设置的卡扣钩和对应止挡(图3c)。
具体实施方式
在图1中显示具有22个电池单体2的电池1。电池1具有载体板4，该载体板由多个(在此为四个)载体板元件6以及一个前面的电流输出元件8.1和一个后面的电流输出元件8.2组成。
电池1在本实施例中设有11串2并接线，也就是说，每2个相邻的电池单体2彼此并联，并且11个这种彼此并联的相邻的电池单体彼此串联。在另外的未描述的实施例中，当然具有其它数量的电池单体或者其它数量的彼此并联的电池单体的相同类型的电路以及单纯的串联同样是可考虑的。
此外，电池1具有电流输出插座10，用于与其它的电池和/或功率消耗器连接。
在载体板4上并且从而也在各单个的载体板元件6上，为了测量和控制电池单体，以相同的距离在中间的柔性电路板12的两侧设置单体接纳部14，这些单体接纳部在图1中仅粗略可见(所述单体接纳部14在图2中清晰可见)。
在单体接纳部14的区域中，在载体板元件6上(在实施例中在相对于单体接纳部的不同位置上，但这不必是强制需要的)设置卡锁元件16，多个单体连接器能防丢失地叠置地卡入在所述卡锁元件上。
由图1的描述可见，为了使每两个相邻的电池单体2并联，在第一平面上并排地将两个第一单体连接器18.1a和18.1b卡入到卡锁元件16中，并且在第二平面上附加地将一个第二单体连接器18.2卡入到卡锁元件16中。所述第二单体连接器18.2将第一单体连接器18.1a与18.1b导流地彼此连接。
在图2a中描述载体板4，该载体板由一个前面的电流输出元件8.1、两个载体板元件6.1和6.2以及一个后面的电流输出元件8.2组成。卡锁元件16.1和16.2也在图2a中良好地可见。
同样良好地可见，相对于把单体接纳部14分配地布置成两个平行的单体接纳部列，在各单个的元件6与8之间的边界大致错开了两个单体凹部14的宽度。
图2b显示在未装配状态中的图2a的载体板4。可见，载体板元件6.1和6.2分别在左侧上具有用于装配载体板4的榫-槽-连接部的榫18并且在右侧上具有用于装配该载体板的榫-槽-连接部的槽20。电流输出元件8构造成，使得它们能相应地与载体板元件连接。
在图3a中显示在一种实施方式中的载体板4的局部图，在该实施方式中，卡锁元件16构成有四个同样蘑菇形地(即绕中轴线)设置的卡扣钩30。所述四个卡扣钩30之中的每个都具有卡扣元件32和弹簧臂34。
现在如在图3a中描述的，如果一个单体连接器18在其凹部36上卡入到载体板的卡锁元件16.1和16.2中，那么弹簧臂34往回弹动，因为力朝中轴线那边被施加到卡扣钩32的倾斜部上。如果现在还继续下压单体连接器18，那么凹部36通过卡扣钩32，使得弹簧臂34能往回弹动。卡扣钩32在卡入之后构成为倒钩，所述倒钩确保单体连接器18防丢失地连接到载体板4上。
通过在描述的实施例中在两个卡锁元件16.1、16.2上的卡入，单体连接器18不仅防丢失地而且抗旋转地与载体板4连接。
在图3b中描述具有电池单体2.3和2.4的电池1的局部的侧面剖视图。在本实施例中，卡锁元件16构成为热熔焊的销40，其具有头部42和间距器44。
由图3b附加地可见，首先第一单体连接器18.1并且紧接着第二单体连接器18.2叠置地卡入到卡锁元件16上。
在本实施例中，所述卡入与在按图3a的实施例中类似地起作用。不同仅在于，对于单体连接器18的卡入所需的弹性变形由销40的头部42的弹性的材料变形导致，这在如下情况时发生：单体连接器18在向上大致半圆形地构成的头部40上向下运动。
用于销40的塑料材料因此必须具有足够大的弹性的可变形性，该可变形性大于在按图3a的卡扣钩30中所需的可变形性。卡锁元件的相应的弹性或者材料的规定可以按本身已知的方式实现。
在图3c中显示具有卡锁元件16的载体板4的局部图，这些卡锁元件构成为带有对应止挡60的线性地并排地设置的卡扣钩50。
每个卡锁元件在本实施例中构成有三个线性地并排地设置的卡扣钩50.1、50.2、50.3。
在图3c的描述中，左边描述的卡扣钩50.1具有最短的弹簧臂，该弹簧臂长得足以使具有壁厚的第一单体连接器18.1防丢失地卡入在载体板4上，如果该单体连接器在另外的侧面上贴靠在对应止挡60上的话。中间描述的卡扣钩50.2已经具有更长的弹簧臂，以便如附图描述的那样附加地使第二单体连接器18.2卡入，如果该第二单体连接器又在所述另外的侧面上贴靠在对应止挡60上的话。右边描述的卡扣钩50.3具有还要更长的弹簧臂，该弹簧臂附加地允许接纳第三单体连接器(未描述)。
附图标记列表
1 电池
2 电池单体
4 载体板
6 载体板元件
8 电流输出元件
10 电流输出插座
12 柔性电路板
14 单体接纳部
16 卡锁元件
18 单体连接器
19 榫
20 槽
30 卡扣钩
32 卡扣元件
34 弹簧臂
36 接纳部
40 销
42 头部
44 间距器
50 卡扣钩
60 对应止挡

Claims (13)

1.一种载体板元件(6)，所述载体板元件用于具有多个电池单体(2)的电池(1)的单体连接器(18)，所述载体板元件具有多个均匀地彼此间隔的单体接纳部(14)，每个所述单体接纳部配设有至少一个用于卡入单体连接器的卡锁元件(16)，所述卡锁元件设置在载体板元件上，其特征在于，多个单体连接器能防丢失地叠置地卡入在所述卡锁元件上。
2.根据权利要求1所述的载体板元件，其中，卡锁元件具有中轴线，围绕该中轴线设置至少两个、尤其三个或四个、参考中轴线径向进行卡锁的卡扣钩(30)。
3.根据权利要求1所述的载体板元件，其中，卡锁元件具有中轴线和沿着该中轴线延伸的销(40)、尤其是热熔焊的销。
4.根据权利要求1所述的载体板元件，其中，卡锁元件具有至少两个、尤其三个、与载体板元件的主平面间隔不同距离的卡扣钩(50)以及具有对应止挡(60)，每个所述卡扣钩与载体板元件连接并且各卡扣钩彼此相邻地设置、尤其并排地设置。
5.根据上述权利要求之中任一项所述的载体板元件，所述载体板元件具有至少两个单体连接器列，这些单体连接器列分别具有多个均匀地彼此间隔的单体接纳部。
6.根据权利要求5所述的载体板元件，其中，各单体连接器列彼此错开地设置，优选以一个列之中的两个相邻的单体接纳部的距离彼此错开地设置。
7.一种载体板(4)，其具有根据上述权利要求1至6之中任一项所述的载体板元件，其中，相邻的载体板元件能借助于榫-槽-连接部(19、20)以及能借助于要被卡入在卡锁元件上的单体连接器彼此固定和/或能借助于塑料焊接而彼此固定。
8.根据权利要求7所述的载体板，所述载体板附加地具有前面的和后面的电流输出元件(8.1、8.2)，每个所述电流输出元件与所述载体板元件之一连接。
9.一种电池(1)，其具有多个电池单体和一个根据上述权利要求7或8之一所述的载体板，其中，载体板元件的数量与电池单体的数量协调，在其中至少一个卡锁元件上卡入多于一个的单体连接器。
10.根据权利要求9所述的电池，其中，为了连接至少两个电池单体，一个第二单体连接器(18.2)在一个第一单体连接器(18.1)上方卡入在卡锁元件上，该第一单体连接器将多于两个的电池单体连接。
11.根据权利要求9所述的电池，其中，为了连接至少两个电池单体，一个第二单体连接器设置在两个第一单体连接器之间，该第二单体连接器与每个所述第一单体连接器具有重叠区域，在该重叠区域上，两个单体连接器借助于卡锁元件卡入。
12.根据权利要求11所述的电池，其中，在第二单体连接器上方卡入第三单体连接器。
13.根据上述权利要求9至12之中任一项所述的电池，其中，在各所述单体连接器上方设置插座或者插排，所述插座或者插排用于电池控制装置的插头、尤其用于BMS插座或者BMS插排。
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