CN111095595B - 用于电动车辆或混合动力车辆的蓄电池装置 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种用于电动车辆或混合动力车辆的蓄电池装置(1)。蓄电池装置(1)具有彼此电接触的多个电池模块(2)，其中所述电池模块(2)中的每个具有彼此电互连的多个单独的电池单元(3)。蓄电池装置(1)还具有模块连接器装置(5)，所述模块连接器装置在切换位置与相邻电池模块(2)电接触，并且在基本位置将它们电隔离。根据本发明，模块连接器装置(5)的相应模块连接器(4)以正极接触元件(10)和负极接触元件(11)分别材料配合地固定到电池模块(2)中的相应一个。

Description

用于电动车辆或混合动力车辆的蓄电池装置
本发明涉及一种根据权利要求1的前序部分所述的用于电动车辆或混合动力车辆的蓄电池装置，所述蓄电池装置包括彼此电接触的多个电池模块。
蓄电池装置已知并且可以例如在电动车辆或混合动力车辆中作为牵引电池使用。牵引电池通常包括由彼此电互连的多个单独的电池单元组成的多个电池模块，以便能够向电动车辆或混合动力车辆提供所需要的能量。单独的电池模块通常固定在壳体中并且必须在组装到电动车辆或混合动力车辆中之后电互连。即使各个电池模块通常产生低于60V的电压，在各个电池模块互连时，也能够在牵引电池中产生高电压。因此，需要采取特定保护措施。
从现有技术已知使针对牵引电池中电池模块互连的不同解决方案。例如DE 102014 113 023 A1描述了包括多个电池模块的牵引电池，其中所述多个电池模块在正极和负极上分别具有凹口。将电池模块彼此导电接触的连接器导轨随后布置在各个相邻电池模块的凹口中。DE 10 2015 002 147 B3描述了牵引电池，其中各个电池模块首先通过连接器导轨彼此互连，并且各个电池单元随后在相应电池模块中互连。在这些解决方案中，电池模块必须不利地以复杂方式，并且部分在高电压下彼此互连。DE 10 2009 001 514 A1公开了包括布置在壳体中的多个电池模块的牵引电池。在将盖附接到壳体上时，电池模块彼此电互连。文献WO2016/207269A1公开了使牵引电池中的各个电池模块互连的另一解决方案。电池模块的接触元件在这里通过电缆延长，使得相邻电池模块的接触元件能够简化地彼此固定。在电动车辆或混合动力车辆中组装和拆卸牵引电池仅能够由经过认证和训练过的人员执行。
因此，本发明的目的是提出一种通用类型的克服上述缺点的蓄电池装置的改进的或至少替代性的实施例。
根据本发明，该目的通过独立权利要求1的主题解决。有利的实施例是从属权利要求的主题。
本发明基于简化蓄电池装置中的互连的总体构思。蓄电池装置由此适用于电动车辆或混合动力车辆，并且具有彼此电接触的多个电池模块。电池模块中的每个具有彼此电互连的多个单独的电池单元(例如，袋式电池)。蓄电池装置还具有模块连接器装置，所述模块连接器装置在切换位置与相邻电池模块电接触，并且在基本位置将它们电隔离。因此，模块连接器装置的模块连接器以正极接触元件和负极接触元件分别材料配合地固定到电池模块中的相应一个。
因此，模块连接器装置的基本位置对应于相应模块连接器的基本位置，而模块连接器装置的切换位置对应于相应模块连接器的切换位置。另外，各个模块连接器已经与相应电池模块的各个电池单元电接触并且分别具有正极接触元件和负极接触元件。相邻的电池模块能够因此省力地通过负极接触元件与正极接触元件的接触彼此电互连。根据本发明，在切换位置，相邻电池模块的相应正极接触元件和相应负极接触元件布置为彼此邻接并且能够因此彼此电接触。特别地，常规连接器导轨或电缆或电流桥不再是必要的并且显著地简化了蓄电池装置中电池模块的互连。
在根据本发明的蓄电池的有利的进一步改进中，相应正极接触元件具有正极轮廓，并且相应负极接触元件具有互补形成的负极轮廓，在模块连接器的切换位置，所述正极轮廓和负极轮廓形状配合或力配合地彼此固定。正极接触元件尤其可以是具有正极轮廓的插头，并且负极接触元件可以是与插头互补形成的具有负极轮廓的插座。插座和互补形成的插头能够以力配合方式(例如，通过夹持)或形状配合的方式彼此固定。正极接触元件和负极接触元件有利地至少局部地与外部电绝缘，以便在蓄电池装置中实现电池模块的安全互连。还可以设想可替代的实施例，在这种情况下，正极接触元件是具有正极轮廓的插座，并且负极接触元件是与插座互补形成的具有负极轮廓的插头。
根据本发明，各个电池模块具有模块壳体，在各个模块连接器的基本位置，所述模块壳体使负极接触元件和正极接触元件与外部电绝缘。为此，模块壳体可以例如由电绝缘塑料制成。在基本位置，模块连接器随后完全布置在模块壳体中，使得不可能与负极接触元件和/或正极接触元件直接接触。然后，能够安全地运输、组装和拆卸电池模块。此外，还可以设置盖，所述盖在基本位置对外部封闭负极接触元件和/或正极接触元件。在切换位置，随后打开盖，以便能够将各个负极接触元件与相应正极接触元件电互连。
在组装之后为了能够将各个电池模块彼此电互连，正极接触元件和/或负极接触元件可以有利地分别通过柔性电导体固定到模块连接器。柔性电导体可以例如是织物带状导体或电缆导体或可弹性变形导体。替代地，柔性电导体还能够是由铝或铜制成的金属层导体。由于柔性电导体，正极接触元件和/或负极接触元件能够相对于模块连接器和相对于电池模块移动并且能够彼此电互连。正极接触元件可以例如设计为插头的形状并且能够通过柔性电导体固定到模块连接器。在组装电池模块之后，正极接触元件随后与相邻电池模块的不可移动的负极接触元件电接触，并且相邻电池模块能够通过这种方式彼此互连。
根据本发明，各个模块连接器具有引导装置。正极接触元件和/或负极接触元件能够通过引导装置相对于电池模块移位并且各个模块连接器由此可以从基本位置调节到切换位置并且调节回来。有利地，为了期望的目的，引导装置操作地连接到正极接触元件和/或负极接触元件，以便能够在不直接接触正极接触元件和/或负极接触元件的情况下将它们相对于电池模块移位。为此，正极接触元件和/或负极接触元件能够力配合地、材料配合地或形状配合地固定到引导装置。
根据本发明，各个引导装置具有一体成型的致动元件，通过所述致动元件，能够致动所述引导装置并且正极接触元件和/或负极接触元件能够相对于电池模块移位。致动元件可以例如是可线性移位的致动滑块，其能够在模块壳体的细长引导开口中被线性地引导。这里致动滑块与负极接触元件和/或与正极接触元件协作，使得在引导开口中致动致动滑块时，它们相对于电池模块移位。有利地，正极接触元件和负极接触元件布置在模块连接器上和电池模块上使得在致动滑块移位时，正极接触元件能够与相邻电池模块的负极接触元件电互连，并且各个致动的模块连接器能够从基本位置移位到切换位置。
还能够有利地，各个引导装置由电绝缘材料制成并且致动元件因此与相应正极接触元件和/或相应负极接触元件电绝缘。在致动引导装置时，以这种方式没有电流能够从电池模块流出并且电池模块能够安全地彼此互连。
在根据本发明的蓄电池装置的另一改进中，有利地，蓄电池装置具有模块支撑件，各个电池模块能够以力配合或形状配合的方式可拆卸地固定到模块支撑件。在模块支撑件中，电池模块可以例如并排排列并且随后彼此电互连。模块支撑件可以与或不与已经固定的电池模块固定到电动车辆或混合动力车辆的底盘。通过这种方式，蓄电池装置能够简化地固定到电动车辆或混合动力车辆中。
模块支撑件有利地可以具有至少一个互连装置，所述至少一个互连装置与引导装置中的至少一个协作并且将其致动。互连装置能够例如与蓄电池装置的所有电池模块的引导装置协作并且能够同时致动它们。替代地，各个互连装置能够与电池模块的各个引导装置(例如，成排地或单独地)协作并且电池模块还能够相应地彼此电互连(例如，成排地或单独地)。至少一个互连装置能够与引导装置中的至少一个，优选与引导装置的致动元件例如通过形状配合来协作。为此，互连装置可以具有至少一个互连元件，所述至少一个互连元件与相应致动元件互补形成并且与相应引导装置的致动元件形成形状配合。特别地，能够通过至少一个互连装置利用很少次的移动将各个电池模块的模块连接器从基本位置调节到切换位置，并且能够省力地并且以安全的方式将在蓄电池装置中的电池模块彼此电互连。
为了能够节省能量地致动互连装置，互连装置可以具有电的或气动的或机械的致动器。通过致动器然后能够致动至少一个互连装置，并且因此致动引导装置中的至少一个。特别是在多个引导装置能够通过共同的互连装置致动的情况下，互连装置能够通过致动器省力地并且节省能量地致动。
为了能够使电池模块与外部电绝缘，蓄电池装置可以具有电池壳体，所述电池壳体固定到模块支撑件。能够有利地，至少一个互连装置至少局部地布置在电池壳体的外部并且能够被致动。布置在电池壳体中并且不互连的电池模块能够以这种方式通过互连装置从外部彼此电互连。在互连时或在互连之后，电池模块由此被电池壳体包围并且与外部电绝缘。蓄电池装置能够因此安全地组装并且拆卸。
此外，蓄电池装置具有电的或机械的锁定装置。在各个模块连接器的切换位置能够由此将电池壳体锁定到模块支撑件并且在各个模块连接器的基本位置能够将电池壳体从模块支撑件解锁。如果在蓄电池装置中电池模块彼此电互连，则电池壳体因此不能够拆卸，并且电池模块保持与外部电绝缘。蓄电池装置还能够由未经培训的人员以这种方式特别安全地组装和拆卸。
总之，电池模块能够省力地在根据本发明的蓄电池装置中彼此电互连。蓄电池装置还可以由未经培训的人员特别安全地组装和拆卸。
本发明的其他重要特征和优点从从属权利要求，附图以及基于附图的相应的附图说明中得出。
不言而喻，上述特征和以下将要描述的特征不仅可以以各指定的组合使用，而且可以以其他组合或单独使用。
在附图中示出了本发明的优选的实施例，并且在下面的说明中将对其进行更详细的描述，其中，相同的附图标记表示相同或相似或功能相同的部件。
分别示意性地，
图1示出根据本发明包括电池模块的蓄电池装置的截面，在截面中，所述装置具有引导装置；
图2示出根据本发明包括不互连的电池模块的蓄电池装置的截面，在截面中，相应互连装置分别与引导装置协作；
图3示出图2所示的在截面中包括互连的电池模块的蓄电池装置的视图；
图4示出根据本发明包括不互连的电池模块的蓄电池装置的截面，在截面中，其中互连装置与多个引导装置协作；
图5示出图4所示的在截面中包括彼此互连的电池模块的蓄电池装置的平面图。
图1示出根据本发明用于电动车辆或混合动力车辆的包括电池模块2的蓄电池装置1的截面。电池模块2具有彼此电互连的多个单独的电池单元3(在该实施例中为袋式电池)。这里单独的电池单元3通过夹持装置3a彼此夹持成块并且通过冷却装置3b进行冷却。模块连接器装置5的模块连接器4材料配合地固定到电池模块2，其中电池模块2的彼此夹持的单独的电池单元3通过模块连接器4与外部电接触。模块连接器4通过由电绝缘材料制成的绝缘壳6局部地与外部电绝缘。电池模块2还具有模块壳体7，该模块壳体通过形状配合单元8形状配合地固定到模块支撑件9。有利地，模块壳体7也由诸如塑料的电绝缘材料制成，并且将模块连接器4与外部电绝缘。可以将模块支撑件9例如固定到电动车辆或混合动力车辆的底板，并且蓄电池装置1通过这种方式固定到电动车辆或混合动力车辆中。
模块连接器4还具有正极接触元件10和负极接触元件11。在该实施例中，正极接触元件10形成为具有正极轮廓的插头10a的形式，而负极接触元件11形成为具有互补的负极轮廓的插座11a的形式。负极接触元件11固定到电池模块2，相反，正极接触元件10可以相对于电池模块2移位。为此，正极接触元件10通过柔性电导体12固定到模块连接器4。在模块连接器4的基本位置(如此处所示)，正极接触元件10和负极接触元件11完全地并且因此以接触保护方式布置在模块壳体7中。因此，电池模块2能够安全地传输并且能够安装到模块支撑件9上以及从模块支撑件上拆下。
为了使正极接触元件10移位，电池模块2具有引导装置13，所述引导装置包括致动元件14(此处为线性致动滑块14a)。引导装置13有利地由电绝缘材料制成并且材料配合地固定到正极接触元件10。致动滑块14a与正极接触元件10协作，使得正极接触元件10的插头10a与致动滑块14a一起能够在模块壳体7的引导开口15中移位。在模块连接器4的基本位置(如此处所示)，正极接触元件10位于模块壳体7中并且通过模块壳体7与外部电绝缘。致动滑块14a穿过引导开口15伸出模块壳体7，因此即使在与电绝缘致动滑块14a直接接触的情况下，正极接触元件10也不能够向外部放出任何电流。通过使致动元件14a在引导开口15中移位，可以将模块连接器4从基本位置(如此处所示)调节到切换位置。正极接触元件10因此从模块壳体7中移出到外部并且可以与相邻电池模块2(未示出)的负极接触元件11电互连。
图2和图3示出替代地设计的蓄电池装置1的截面，其中电池模块2相邻地固定到模块支撑件9。在图2中，示出各个电池模块2的模块连接器4处于基本位置，而在图3中，模块连接器4中的一个调节到切换位置。与图1中的蓄电池装置1不同，该实施例中的模块支撑件9具有两个互连装置16，所述两个互连装置各自与引导装置13中的一个协作并且将其致动。为此，各个致动滑块14a与相应互连装置16的互补构成的互连元件17形成形状配合连接，使得各个引导装置13也能够在致动互连装置16时致动。
如果现在互连装置16中的一个被致动，则相应互连元件17和致动滑块14a相对于相应电池模块2移位。与致动滑块14a协作的正极接触元件10相应地朝向相邻电池模块2移位并且与相邻电池模块2的负极接触元件11电接触。插头10a相应地力配合或形状配合地固定到插座11a中并且相邻电池模块2彼此电互连。将相应模块连接器4从基本位置调节到切换位置。还可以以相同方式将模块连接器4从切换位置调节到基本位置。在图2中，各个电池模块2的模块连接器4处于基本位置，而在图3中，模块连接器4中的一个从基本位置被调节到切换位置。
为了将电池模块2与外部电绝缘，在该实施例中，蓄电池装置1还具有电池壳体18。电池壳体18固定到模块支撑件9并且包围电池模块2。这里，互连装置16局部布置在电池壳体18的外部并且可以被致动。在组装时，电池模块2首先通过形状配合单元8固定到模块支撑件9。这里相应电池模块2的模块支撑件4位于基本位置，使得相应电池模块2的正极接触元件10和负极接触元件11通过绝缘壳6和模块壳体7与外部电绝缘。随后可以将电池壳体18固定到模块支撑件9，并且不互连的电池模块2完全与外部电绝缘。接着可以从外部致动互连装置16，并且固定在电池壳体18中的电池模块2可以彼此电互连。蓄电池装置1还能够具有电的或机械的锁定装置，所述锁定装置在相应模块连接器4的切换位置将电池壳体18锁定到模块支撑件9并且在相应模块连接器4的基本位置将所述电池壳体解锁。由此可以在蓄电池装置1中安全地组装电池模块2并且将其彼此互连。
图4和图5示出替代地设计的蓄电池装置1的截面，该蓄电池装置包括两个电池模块2，所述两个电池模块相邻地固定到模块支撑件9。在图4中，电池模块2的模块连接器4处于基本位置，而在图5中处于切换位置。与图2和图3中的蓄电池装置1不同，可以通过共同的互连装置16致动各个电池模块2的引导装置13。电池模块2尤其可以这样彼此省时省力地互连。有利地，蓄电池装置1还可以具有线性致动器，通过所述线性致动器能够致动互连装置16。
在根据本发明的蓄电池装置1中可以有利地避免常规使用的连接器导轨或电缆或电流桥，并且可以更少费力并且安全地组装、拆卸电池模块2并将其彼此电互连。此外可以借助于互连装置16通过很少次的移动将各个电池模块2的模块连接器4从基本位置调节到切换位置，并且还可以更少费力并且安全地在蓄电池装置1中将电池模块2彼此电互连。

Claims (17)

1.一种用于电动车辆或混合动力车辆的蓄电池装置(1)，
-其中所述蓄电池装置(1)具有多个电池模块(2)，所述多个电池模块彼此电接触，
-其中所述电池模块(2)中的每个具有彼此电互连的多个单独的电池单元(3)，
-其中所述蓄电池装置(1)具有模块连接器装置(5)，所述模块连接器装置在切换位置与相邻电池模块(2)电接触，并且在基本位置将相邻电池模块电隔离，
-其中所述模块连接器装置(5)的模块连接器(4)以正极接触元件(10)和负极接触元件(11)分别材料配合地固定到电池模块(2)中的相应一个，并且与相应电池模块(2)的单独的电池单元(3)电接触，
-其中所述模块连接器装置(5)的基本位置对应于各个模块连接器(4)的基本位置，并且所述模块连接器装置(5)的切换位置对应于各个模块连接器(4)的切换位置，
其特征在于，
-所述相邻电池模块(2)的相应正极接触元件(10)和相应负极接触元件(11)在切换位置彼此邻接并且因此彼此电接触，
-所述各个模块连接器(4)具有引导装置(13)，通过该引导装置，正极接触元件(10)和/或负极接触元件(11)能够相对于电池模块(2)移位并且各个模块连接器(4)能够因此从基本位置调节到切换位置并且调节回来，
-各个电池模块(2)具有模块壳体(7)，其中相应正极接触元件(10)和相应负极接触元件(11)布置在模块壳体(7)中并且在模块连接器(4)的基本位置中与外部电绝缘，
-各个引导装置(13)具有一体成型的致动元件(14)，通过该致动元件，能够致动所述引导装置(13)并且正极接触元件(10)和/或负极接触元件(11)能够相对于电池模块(2)移位，
-在致动所述致动元件(14)时，正极接触元件(10)和/或负极接触元件能够从模块壳体(7)中移出到外部，并且能够电互连到相邻电池模块(2)的正极接触元件(10)和/或负极接触元件。
2.根据权利要求1所述的蓄电池装置，其特征在于，
所述相应正极接触元件(10)具有正极轮廓并且所述相应负极接触元件(11)具有互补形成的负极轮廓，在模块连接器(4)的切换位置，所述正极轮廓和负极轮廓形状配合或力配合地固定到彼此。
3.根据权利要求2所述的蓄电池装置，其特征在于，
所述正极接触元件(10)是具有正极轮廓的插头(10a)，并且所述负极接触元件(11)是与插头(10a)互补形成的具有负极轮廓的插座(11a)。
4.根据前述权利要求之一所述的蓄电池装置，其特征在于，
所述正极接触元件(10)和/或负极接触元件(11)分别通过柔性电导体(12)固定到模块连接器(4)。
5.根据权利要求4所述的蓄电池装置，其特征在于，
所述柔性电导体(12)是织物带状导体或电缆导体或金属层导体或可弹性变形导体。
6.根据权利要求5所述的蓄电池装置，其特征在于，
所述致动元件(14)是可线性移位的致动滑块(14a)。
7.根据权利要求1所述的蓄电池装置，其特征在于，
各个引导装置(13)由电绝缘材料组成并且致动元件(14)因此与相应正极接触元件(10)和/或相应负极接触元件(11)电绝缘。
8.根据权利要求1至3之一所述的蓄电池装置，其特征在于，
所述蓄电池装置(1)具有模块支撑件(9)，各个电池模块(2)能够以力配合或形状配合的方式可拆卸地固定到所述模块支撑件。
9.根据权利要求8所述的蓄电池装置，其特征在于，
所述模块支撑件(9)具有至少一个互连装置(16)，所述至少一个互连装置与引导装置(13)中的至少一个协作并且将其致动。
10.根据权利要求9所述的蓄电池装置，其特征在于，
所述至少一个互连装置(16)与引导装置(13)中的至少一个通过形状配合来协作。
11.根据权利要求9所述的蓄电池装置，其特征在于，
所述互连装置(16)具有电的或机械的致动器，通过所述致动器能够将至少一个互连装置(16)并且因此将引导装置(13)中的至少一个致动。
12.根据权利要求8所述的蓄电池装置，其特征在于，
所述蓄电池装置(1)具有固定到模块支撑件(9)的电池壳体(18)，并且所述电池壳体将所述多个电池模块(2)与外部电绝缘。
13.根据权利要求9所述的蓄电池装置，其特征在于，
所述蓄电池装置(1)具有固定到模块支撑件(9)的电池壳体(18)，并且所述电池壳体将所述多个电池模块(2)与外部电绝缘；
所述至少一个互连装置(16)至少局部地布置在电池壳体的外部并且能够被致动。
14.根据权利要求12所述的蓄电池装置，其特征在于，
所述蓄电池装置(1)具有电的或机械的锁定装置，通过所述锁定装置，在各个模块连接器(4)的切换位置将电池壳体(18)锁定到模块支撑件(9)，并且在各个模块连接器(4)的基本位置将电池壳体(18)从模块支撑件(9)解锁。
15.根据权利要求5所述的蓄电池装置，其特征在于，
所述金属层导体由铝或铜制成。
16.根据权利要求9所述的蓄电池装置，其特征在于，
所述至少一个互连装置(16)与引导装置(13)的致动元件(14)通过形状配合来协作。
17.根据权利要求9所述的蓄电池装置，其特征在于，
所述互连装置(16)具有气动的致动器，通过所述致动器能够将至少一个互连装置(16)并且因此将引导装置(13)中的至少一个致动。
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