CN110993869A - 单电池的接触方案 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种用于为耗电器提供电能的电池模块(2)，其包括多个用于提供电能的、相互连接的单电池(28a、28b、28c、28d)和/或多个用于连接所述单电池(28a、28b、28c、28d)和/或电池模块(2)的连接元件(16)，其中，相互连接的单电池(28a、28b、28c、28d)具有导电的、无电势地构成的单池壳体(18a、18b、18c、18d)，并且其中，所述单池壳体(18a、18b、18c、18d)相互导电地连接并且组合成单池壳体组合件(18)，并且其中，单池壳体组合件(18)与布置在电池模块(2)内部的单电池(28a、28b、28c、28d)的极(12、14)导电连接，从而使相连的单电池(28a、28b、28c、28d)的单电池电势能够通过整个单池壳体组合件(18)被截取，使得用于连接电池模块(2)的连接路径的长度最小化。

Description

单电池的接触方案
技术领域
本发明涉及一种电池模块、夹紧元件和用于接触单电池的系统以及用于连接电池模块的方法。
背景技术
用于接触单电池以及用于连接电池模块的系统和方法在现有技术中是已知的。已知的系统和方法中的弊端在于，在连接各个不同定位的电池极时电池模块的接触耗费和连接耗费通常较高。尤其在使用不同生产商或不同电池型号的电池模块时出现不同定位的极。较高的接触费用和连接费用在此由此形成，即，为使所述极符合期望地连接，必须使用较长的连接元件。这种连接元件的使用鉴于多种原因都是不利的。一方面，连接工艺和接触工艺在使用较长的连接元件时繁琐程度不同而且需要更多的连接材料，因此不仅导致材料费用和制造费用方面的弊端，而且导致电池模块重量方面的弊端。此外，尤其较长的连接元件通常是导线断路和导线阻抗的关键原因，这不利于高效且长寿命的接触和连接。
由现有技术还已知一种系统，所述系统尝试至少部分解决上述问题。文献DE 102012 217 478 A1描述了一种单电池，其包括由被涂覆阳极材料的铜箔和被涂覆阴极材料的铝箔制成的绕组元件。此外，单电池还具有电解液以及两个受电器，所述受电器与铜箔以及与铝箔导电连接。绕组元件和受电器在此布置在壳体内部，其中一个受电器与所述壳体形成直接的机械和导电接触。
文献DE 10 2013 200 394 A1涉及一种带有棱柱形壳体的单电池，所述壳体包括两个相互对置的壳体侧面，其中一个侧面完全或部分处于阴极电势并且另一个侧面完全或部分处于阳极电势。
此外，文献DE 10 2014 092 004 A1还涉及一种车载电池，其有多个串联和/或并联的单电池。所述单电池在此具有单池壳体，其中，至少一个单电池的单池壳体具有导电的壳体件，通过所述壳体件使得单池壳体在装配状态下连接在车辆地电势上。
发明内容
然而上述现有技术的弊端尤其在于，尽管能够简化且更灵活地实现单电池的接触，但是在电池模块包括多个相互连接的单池的情况下，借助上述设备和系统仍不能独立于相关电池模块的极位置地实现电池模块的简单且不耗费的接触和连接。
因此本发明所要解决的技术问题在于，至少部分克服上述弊端，本发明所要解决的技术问题尤其在于，提供一种用于电池模块的接触和连接(或称为电路连接)的设备、系统以及方法，其能够以尽可能简单、不耗费且成本低廉的方式提供不同电池模块的极的长寿命、灵活且能耗高效的电连接。
上述技术问题通过具有权利要求1的技术特征的设备、带有权利要求6的技术特征的设备、根据权利要求8的系统以及根据权利要求10的方法解决。其他技术特征和细节由从属权利要求、说明书和附图给出。针对根据本发明的设备所公开的技术特征在此也适用于根据本发明的系统和根据本发明的方法，反之亦然，因此就公开内容而言各个发明方面始终可以相互援引。本发明的符合目的的设计方式在从属权利要求描述。
为接触单电池，根据本发明的电池模块包括多个相互连接的用于提供电能的单电池和多个用于连接单电池和/或电池模块的连接元件。在此，相互连接的单电池具有导电的、无电势地构造的单池壳体，其中，单池壳体相互导电连接并且组成一个单池壳体组合件。根据本发明，电池模块的单池壳体组合件与布置在电池模块内部的单电池的极导电连接，从而使相连的单电池的单电池电势能够通过整个单池壳体组合件被截取，从而使得用于连接电池模块的连接路径的长度最小化。
在本发明的范畴内“接触”(或称为触点接通)应理解为电接触的建立。
在本发明的范畴内“导电性”应理解为在标准条件下至少大于5·10-6S/cm、尤其大于104S/cm的导电性。
根据本发明“无电势地构造的单池壳体”在此应理解为，单池壳体相对于相关单池的内部无电势地连接，也即相对于相关单池的单电池电势断开，从而在单池壳体与单电池绕组之间不形成电连接，或者说阳极和阴极相对于壳体电绝缘。
根据本发明的用于接触单电池的电池模块可以优选应用于机动车中、尤其电动车辆或混合动力车辆中，并且优选在该处布置在驱动装置内部、尤其电池的区域中。同样，根据本发明的电池模块还可以考虑被用于船舶、飞行器或甚至静态系统中。
根据本发明将用于第一电池模块的极与第二电池模块的极电连接的连接路径的长度最小化，根据本发明，这种最小化尤其可以通过利用根据本发明的单池壳体组合件在第一电池模块的第一极与第二电池模块的极之间建立间接的电连接实现。这例如可由此实现，即，根据本发明的单池壳体组合件与第一电池模块的一个极和第二电池模块的一个极形成电连接，并且单池壳体组合件和相应的各个极由此具有相同的电势。优选地，在此电池模块的通常布置在电池模块的外侧上的第一个和/或最后的单电池与单池壳体组合件相连。
根据本发明可以获知，在确保单池壳体相对于其单池内部的彻底电绝缘并确保多个单池壳体之间电连接成单池壳体组合件的情况下，单池壳体组合件还可以用于电势的传递，从而通过利用单池壳体组合件电连接两个电池模块的极，实现了在使用不同生产商和电池型号的电池模块方面明显更高的灵活性，因为借助利用单池壳体组合件实现的连接，可以独立于待连接的电池模块的极的布置方式，始终形成最短的连接路径，并且由此在电接头的布置方式给定的情况下同时形成电池模块的长寿命、能耗高效、成本低廉且灵活的连接。
在根据本发明的用于接触单电池的电池模块的紧凑且更安全的实施方式的范畴内，根据本发明尤其可以规定，单电池构造为棱柱形的单电池的形式。一种可行的紧凑的布置方式在此尤其通过布置在电池模块内部的单电池的可能的堆叠实现，由此还改进了单池的容量和使用寿命。
为了确保电池模块的单电池的极的简单且快速的接触，根据本发明此外还可以规定，设置接头(或称为端子)，所述接头用于接触电池模块的单电池的极。所述接头在此可以尤其布置在电池模块的无电势构造的单池壳体组合件上。
为了提供用于连接由单电池组成的各个模块的尽可能短的连接路径，并且同时为电池模块提供尽可能大的灵活性，根据本发明还可以规定，根据本发明的接头至少部分布置在单池壳体组合件的相互对置的表面上。尽管如此还可行的是，在单池壳体组合件的相同的表面上布置多个接头，然而在此情况下所述接头仍应该相互远离、优选相互对置地布置在表面的多个边缘区域中。所述边缘区域在此优选设置在根据本发明的单池壳体组合件的表面的外部区域上，并且尤其构造为外部边框等的形式。在此能够有利地根据可布置在壳体组合件内部的电池模块的尺寸来确定和/或改变表面的边缘区域的尺寸。同样还可以考虑的是，所述接头以90°相互错移地布置，也就是说例如一个接头布置在单池壳体组合件的一个端面上，而另一个接头布置在该单池壳体组合件的另一个侧面上。根据尤其材料节约的布置方式，此外尤其还可以规定，分别在电池模块的相互串联和/或并联的且可布置在单池壳体组合件内部的单池中的第一个单池和最后一个单池的区域中布置接头。
在电池的简单构建和拆解或更换方面，所述接头有利地构造为，能够在电池模块的单电池与接头之间建立可松脱的电连接。布置在单池壳体组合件上的根据本发明的接头在此同样至少由铜质材料或至少由铝质材料构成，并且优选形状配合、摩擦接合或材料接合地与壳体相连。通过所述接头同样可以由此以特别简单且不耗费的方式在单池壳体组合件与电池模块的单电池的极之间建立形状配合、摩擦接合或材料接合的电连接。在此，所述电连接能够以可松脱的形式，例如插接连接的形式或螺纹连接的形式构成，然而也能够以不可松脱的形式，例如钎焊连接的形式、焊接连接的形式或挤压连接的方式构成。此外，在灵活连接的范畴内还可以有利地并列存在多种不同的接触类型。
本发明的技术方案还在于导电构造的、用于接触电池模块的单电池的夹紧元件，其中，所述单电池尤其如上所述地构造。在此，夹紧元件包括至少两个相互对置布置的用于压力分布的按压板以及至少一个用于在按压板上的压力构建的张紧带。在较高导电性的情况下，夹紧元件在此可以至少部分由铜质材料或至少部分由铝质材料构成。
在电池模块的单电池的极的简单且快速接触的范畴内，在此尤其可以规定，夹紧元件具有多个用于接触电池模块的单电池的极的接头。所述用于接触电池模块的单电池的极的接头在此同样可以如上述根据本发明的电池模块的接头一样地构造，并且由此同样可以至少部分由铜质材料或至少部分由铝质材料构成。此外，所述接头还可以布置在夹紧元件的相互对置的表面上或者相互远离地布置在夹紧元件的边缘区域中。所述接头同样可以有利地构造为，能够在单电池与接头之间建立可松脱的或不可松脱的电连接。
除了使用用于接触电池模块的单电池的极的夹紧元件之外，在本发明的范畴内还可以考虑的是，应用其他导电的且至少部分布置在单池壳体组合件上的用于导通电流的构件，以便使得用于连接电池模块的连接路径的长度最小化。
此外，本发明的技术方案同样还在于用于接触电池模块的系统。在此，根据本发明的系统包括至少一个上述电池模块以及上述夹紧元件，其中，单池壳体组合件通过所述夹紧元件与布置在电池模块内部的单电池的导电连接，从而使得相连的单电池的电势能够通过夹紧元件和/或整个单池壳体组合件被截取，从而使用于连接电池模块的连接路径的长度最小化。由此根据本发明的系统带来与如上具体结合根据本发明的电池模块或根据本发明的夹紧元件所述相同的优点。
此外在两个电池模块的适当连接的方面还可以规定，根据本发明的系统具有至少另一个电池模块，其中，所述电池模块在电学上至少部分通过至少一个电池模块的单池壳体组合件和/或夹紧元件相互电连接。
此外，本发明的技术方案还在于一种电池，其包括上述电池模块、上述夹紧元件以及尤其上述系统。
此外还要求保护一种机动车、尤其电动车辆和/或混合动力车辆，所述机动车包括上述电池模块、上述夹紧元件、优选上述系统和/或上述电池。
此外，本发明的技术方案同样还在于用于连接电池模块的方法。在此，根据本发明的用于连接电池模块的方法包括：在可布置在第一电池模块内部的单电池的第一极与第一电池模块的单池壳体组合件和/或夹紧元件之间建立第一电连接的步骤，以及在第一电池模块的另一单电池的第二极与第二电池模块之间建立第二电连接的步骤。此外，根据本发明的方法还包括：通过第一电池模块的单池壳体组合件和/或夹紧元件在第一电池模块的第一极与第二电池模块之间建立第三电连接的步骤，以便独立于电池模块的待连接极的布置方式，都能够使得用于第一电池模块与第二电池模块之间的电连接的连接路径的长度最小化。
根据本发明的方法的第二步骤—建立第二电连接—在此还可以通过第二电池模块的单池壳体组合件完成。在接触或连接电池模块时，电池模块可以相互串联，也可以相互并联，从而使得电池模块的第一极既可以是该电池模块的负极也可以是正极。通过根据本发明的第一电连接和第三电连接的建立，单池壳体组合件尤其具有第一电池模块的一个极的电势。作为用于接触或电连接电池模块的备选或补充，根据本发明的方法还可以建立在电池模块、电容器、燃料电池、太阳能电池等之间的接触或电连接的同种组合或可行的不同种组合。
具体实施方式
本发明的其他优点、技术特征和细节由以下结合附图对本发明实施例的具体描述给出。在此，在权利要求和说明书中提及的技术特征分别单独地或以任意组合方式都是有创造性的。
在附图中：
图1示出根据本发明的用于接触单电池的电池模块的示意图，
图2以示意图示出根据图1沿剖切线I-I得到的电池模块的剖视图，
图3示出根据本发明的用于接触单电池的系统的第一实施例的示意图，该系统包括根据本发明的电池模块，
图4示出根据本发明的系统的第二实施例的示意图，该系统包括根据本发明的电池模块。
在附图中针对相同的技术特征使用相同的附图标记。
具体实施方式
图1示出根据本发明的用于接触单电池28a、28b、28c、28d的电池模块2的示意图。电池模块2在此包括多个通过连接元件16相连的用于提供电能的单电池28a、28b、28c、28d。单电池28a、28b、28c、28d在此分别具有导电的单池壳体18a、18b、18c、18d，所述单池壳体相对于单电池28a、28b、28c、28d的单池内部10无电势地构造，从而在单电池28a、28b、28c、28d的单池壳体18a、18b、18c、18d与单池绕组之间不会形成电连接或者说单电池28a、28b、28c、28d的阳极和阴极相对于单池壳体18a、18b、18c、18d电绝缘。各个单池壳体18a、18b、18c、18d相互间导电连接，并且组合成在此立方形的单池壳体组合件18。根据本发明，单池壳体组合件18与单电池28d的正极12导电连接，从而使单电池28d的单电池电势能够通过导电的单池壳体组合件18被截取，从而使用于连接电池模块的连接路径的长度最小化。在此应理解的是，单池壳体组合件同样也可以与负极14连接。否则，为将一个电池模块2与另一电池模块2连接必须将连接元件16布设穿过整个单池壳体组合件18，才能形成这种连接。据此，所述连接元件16就必须相应较长地设计，这就导致开头所述的弊端。
根据本发明在此充分利用，使得在确保单池壳体18a、18b、18c、18d相对于其单池内部10的彻底电绝缘并确保多个单池壳体18a、18b、18c、18d电连接成单池壳体组合件18的情况下，后者(单池壳体组合件)可以用于电势的传递。从而可以利用这种单池壳体组合件18实现两个电池模块2的极12、14的连接，这实现了在使用不同生产商和电池型号的电池模块方面明显更高的灵活性，因为借助利用单池壳体组合件18实现的连接，可以不依赖于待连接的电池模块2的极12、14的布置方式，始终形成较短的连接路径，并且由此在电接头的布置方式给定的情况下同时形成电池模块2的长寿命、能耗高效、成本低廉且灵活的连接。
此处，所述电连接通过在此相互对置、分别布置在立方形的单池壳体组合件18的顶侧的边缘区域中的接头6被建立。接头6在此能够以插接连接、螺纹连接、挤压连接、焊接连接或钎焊连接等方式构成，并且通过连接元件16能够实现单池壳体组合件18与电池模块2的极12、14的快速且简单的形状配合、摩擦接合或材料接合的连接。
图2示出根据图1沿剖切线I-I得到的根据本发明的电池模块的示意图。为使单池壳体18a、18b、18c、18d绝缘，电池模块2的单电池28a、28b、28c、28d的单池内部10分别通过绝缘层8相对于单池壳体18a、18b、18c、18d或者单池壳体组合件18绝缘。在此，单池壳体18a、18b、18c、18d或单池壳体组合件18可以至少部分由铜质材料或至少部分由铝质材料构成。此外，在单池壳体18a、18b、18c、18d内部布置的绝缘层8还优选由塑料、陶瓷等构成，并且例如可以实施为绝缘漆、绝缘薄膜、绝缘涂料等形式。
图3以示意图示出根据本发明的用于接触单电池28a、28b、28c、28d的系统的第一实施例，该系统包括根据本发明的电池模块2。根据该实施例，在根据发明的电池模块2上还额外地布置了夹紧元件20，用于夹紧电池模块2的单电池28a、28b、28c、28d。夹紧元件20在此呈用于压力分布的按压板20a(或称为压板)的形式并且通过围绕该按压板20布置的张紧带20b构成。夹紧元件20在此发挥的作用在于，一旦各个单电池28a、28b、28c、28d具有不同的荷电状态，就使所述单电池28a、28b、28c、28d的体积不均匀地变型，并且由此有助于电池模块2的耐久性。此外，夹紧元件20根据该实施方式还导电地构造，并且具有两个布置在单池壳体组合件18的相互对置的侧面A、B上的、用于接触电池模块2的极12、14的接头6。接头6在此与张紧带20b导电连接，从而即使不使用较长的连接元件16，也能够借助张紧带20b以简单的方式在单池壳体组合件18的侧面A上实现电池模块2的接触。
图4示出根据本发明的系统1的第二实施例的示意图，该系统包括根据本发明的电池模块2。根据第二实施例，根据本发明的系统1同样也包括呈由按压板20a和张紧带20b构成形式的夹紧元件20。通过夹紧元件20、也即在此尤其通过张紧带20b，最后一个单池28d的正极12如在第一实施例中一样在侧面B上通过接头6上的连接元件16与张紧带20b电连接。不同于图3所示的根据本发明的电池模块2的实施例，在此，在侧面A上用于使一个电池模块2与另一个电池模块2相连的连接端子并非通过布置在张紧带20b上的接头6提供，而是通过直接布置在单池壳体组合件18上的接头6提供。由此这种实施方式的前提在于，张紧带20b和/或按压板20a具有与单池壳体组合件18的电连接。
借助根据本发明的系统1通过简单且不耗费的方式以较短的连接路径确保电池模块2的灵活的连接，而不依赖于单池壳体组合件18内部的各个电池模块2的极12、14的布置方式，这尤其在保持牢固、成本低廉且能耗高效的实施方式的同时实现了电池模块2的灵活选择。
除了接触和连接电池模块2之外，借助本系统2还能够将其他储能器模块、例如电容器的模块、燃料电池、太阳能电池相互连接和/或与电池模块2相连。
附图标记清单
2 电池模块
6 接头
8 绝缘部
10 单池内部
12 正极
14 负极
16 连接元件
18 单池壳体组合件
18a 单池壳体
18b 单池壳体
18c 单池壳体
18d 单池壳体
20 夹紧元件
20a 按压板
20b 张紧带
28 单电池
28a 单电池
28b 单电池
28c 单电池
28d 单电池

Claims (10)

1.一种用于接触单电池(28a、28b、28c、28d)的电池模块(2)，所述电池模块包括
-多个用于提供电能的、相互连接的单电池(28a、28b、28c、28d)，
-多个用于连接所述单电池(28a、28b、28c、28d)和/或电池模块(2)的连接元件(16)，
-其中，相互连接的单电池(28a、28b、28c、28d)具有导电的、无电势地构成的单池壳体(18a、18b、18c、18d)，
-其中，所述单池壳体(18a、18b、18c、18d)相互导电地连接并且组合成单池壳体组合件(18)，
其特征在于，
-单池壳体组合件(18)与布置在电池模块(2)内部的单电池(28a、28b、28c、28d)的极(12、14)导电连接，从而使相连的单电池(28a、28b、28c、28d)的单电池电势能够通过整个单池壳体组合件(18)被截取，使得用于连接电池模块(2)的连接路径的长度最小化。
2.根据权利要求1所述的电池模块(2)，其特征在于，
单电池(28a、28b、28c、28d)以棱柱形的单电池(28a、28b、28c、28d)的形式构成。
3.根据上述权利要求中至少一项所述的电池模块(2)，其特征在于，
设置了用于接触电池模块(2)的单电池(28a、28b、28c、28d)的极(12、14)的接头(6)。
4.根据上述权利要求中至少一项所述的电池模块(2)，其特征在于，
用于接触电池模块(2)的单电池(28a、28b、28c、28d)的极(12、14)的接头(6)被布置在单池壳体组合件(18)的相互对置的表面上。
5.根据上述权利要求中至少一项所述的电池模块(2)，其特征在于，
所述接头(6)构造为，能够在单电池(28a、28b、28c、28d)的电池极(12、14)与接头(6)之间建立可松脱的电连接。
6.一种用于接触根据上述权利要求中任一项所述的电池模块(2)的单电池(28a、28b、28c、28d)的夹紧元件(20)，所述夹紧元件包括：
-至少两个相互对置地布置的、用于压力分布的按压板(20a)，
-至少一个用于在按压板(20a)上的压力构建的张紧带(20b)，
其特征在于，
-所述夹紧元件(20)导电地构造。
7.根据权利要求7所述的夹紧元件(20)，其特征在于，
夹紧元件(20)具有多个用于接触电池模块(2)的单电池(28a、28b、28c、28d)的极(12、14)的接头(6)。
8.一种用于接触单电池(28a、28b、28c、28d)的系统，所述系统包括：
-根据权利要求1至5中任一项所述的电池模块，
-根据权利要求6或7所述的夹紧元件(20)，
其特征在于，
-单池壳体组合件(18)通过所述夹紧元件(20)与布置在电池模块(2)内部的单电池(28a、28b、28c、28d)的极(12、14)导电连接，从而使相连的单电池(28a、28b、28c、28d)的单电池电势能够通过夹紧元件(20)和/或通过整个单池壳体组合件(18)被截取，从而使得用于连接电池模块(2)的连接路径的长度最小化。
9.根据权利要求8所述的系统(1)，其特征在于，
设置另外的根据权利要求1至5中任一项所述的电池模块(2)，其中，所述多个电池模块(2)在电学上至少部分通过至少一个电池模块(2)的单池壳体组合件(18)和/或夹紧元件(20)相互电连接。
10.一种用于连接电池模块(28a、28b、28c、28d)的方法，所述方法包括如下步骤：
-在布置在第一电池模块(2)内部的单电池(28a、28b、28c、28d)的第一极(12、14)与第一电池模块(2)的单池壳体组合件(18)和/或夹紧元件(20)之间建立第一电连接，
-在第一电池模块(2)的另一个单电池(28a、28b、28c、28d)的第二极(12、14)与第二电池模块(2)之间建立第二电连接，
-通过第一电池模块的单池壳体组合件(18)和/或夹紧元件(20)在第一电池模块(2)的第一极(12、14)与第二电池模块(2)之间建立第三电连接，以便独立于电池模块(2)的待连接的极(12、14)的布置方式，能够使得用于第一电池模块与第二电池模块(2)之间的电连接的连接路径的长度最小化。
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