CN111224031B - 电池模块 - Google Patents

Abstract

电池模块。用于优选在车辆中使用的高压电池组的电池模块，其包括：多个电池单元；单元平衡系统，其用于平衡各电池单元的电荷，并且包括附接到电池单元中的每一个的相应电池单元监测模块，电池单元监测模块通过平衡总线借助于第一连接装置可释放地彼此连接以传输数据和电流，并且电连接到电池单元的正极和负极；模块载体，其用于容纳和保持多个电池单元，并且包括：第二连接装置，其用于将电池单元的正极电连接到相邻电池单元的负极以及将电池单元的负极电连接到相邻电池单元的正极；平衡总线，其具有至少两条电线；能量存储模块，其用于存储电能，并且电连接到平衡总线的两条电线以通过它们吸收或输出电能。

Description

电池模块

技术领域

本发明涉及在车辆中使用的高压电池组的电池模块以及组装所述电池模块的方法。

背景技术

目前，锂基可充电电池单元(分别简称电池单元)主要用于电动性(electromobility)，尤其是用于汽车行业中，作为电池模块的基础，并且这种电池单元用作高压电池组的基础。已知由串联连接的多个单个的电池单元或者由并联连接的电池单元块进行互连的可充电电池模块。这种电池模块也以串联和并联的方式连接以形成高压电池组。这里优选使用大型电池，即所谓的“棱柱形电池”。通常首先将它们机械地连接以形成分组(所谓的模块)，并且放置在壳体中。然后将电流桥(所谓的电池连接器)安装在电池极处，通过焊接将电流桥固定地连接到电池极。电池通过焊接彼此不可释放地机械连接。然后，这些电池模块通常安装有电子单元，给予该电子单元到所有单个电池和电池极的大量线路连接。这些模块又与其它模块互连以形成电池组，并且给予这些模块具有对应布线系统的高级电子单元，该布线系统然后连接到车辆的中央电子器件，该中央电子器件接管整个高压电池组的能量管理。考虑到对当前负载容量、减少功率损耗以及在车辆中的“第一寿命”之后重新使用的必要性的不断增加的需求，期望能够简单地将这种电池组拆卸回成单个电池单元，然后根据它们的特征数据对单独的电池单元进行分类，并且将等效的电池单元组装到新的电池模块或电池组中。电池单元的组装、拆卸和分类应该能够通过机器完全自动地进行，以保持低的组装成本。

发明内容

本发明的目的在于提供用于高压电池组的电池模块，其中，电池单元可以快速更换，并且其中，电池模块的功能能力仅被更换的过程中断。

尤其是通过(优选地在车辆中使用的)用于高压电池组的电池模块来满足该目的。电池模块包括多个电池单元以及用于平衡各电池单元的电荷的单元平衡系统。单元平衡系统包括附接到电池单元中的每一个的相应一个电子电池单元监测模块。电池单元监测模块借助于第一连接装置通过平衡总线可释放地彼此连接，以传输数据和电流。电子电池单元监测模块电连接到电池单元的正极和负极。模块载体用于容纳和保持多个电池单元。模块载体包括用于将电池单元的正极电连接到相邻电池单元的负极并且将电池单元的负极电连接到相邻电池单元的正极的第二连接装置。模块载体包括具有至少两条电线的平衡总线。模块载体包括用于存储电能的能量存储模块。能量存储模块电连接到平衡总线的两条电线，以通过它们吸收或输出电能。

为了使电池单元能够快速更换，应该避免需要工具来连接或释放高电流接触和固定连接(例如焊接连接)的接触系统。因此需要能够插拔的接触系统。高电流布线系统完全集成在模块载体中，由此另外的布线工作是多余的。在该方面，通过插入式接触简化了电池接触的高电流接触，所使用的接触系统的接触电阻值小得可以忽略。接触系统必须能够与壳体安装件一起补偿在组装或操作中可能出现的机械公差。平衡总线也完全集成在模块载体中，由此另外的布线工作是多余的。由于这里仅较小的电压和电流是有效的，所以平衡总线的接触不是关键的。由于能量存储模块也集成地安装在模块载体中，所以能够快速且无问题地更换有缺陷的模块载体，这增加了服务友好性并降低了成本。为了在更换之后提供功能性的且强大的电池模块，所有电池单元必须具有相当的电荷状态。在可充电电池的串联连接上存在的问题是，随着充电和放电循环次数的增加，单元的可充电电池容量逐渐不同(drift apart)，因此电池组的总容量朝向最弱的单元连续减小。现有技术已经平衡了单元水平之间的电荷以避免这种行为。这通常在充电时通过将电阻值电子地控制切换到已经达到高电荷水平的单元从而将用于对其它单元充电的电流引导通过该“满单元(fullcell)”来被动地完成。此外，使用所谓的主动平衡来减少在被动方法中生成的损耗。在该方面，电荷部分以电子方式从具有较高电荷的单元中取出并再次释放到较低电荷的单元中。这通常通过中央公共电子单元来实现。中央电子系统监测和平衡固定的单元分组。在该方面，能量部分从单个的单元移出，经由电压转换器缓冲，然后再次释放到其它单个单元。这里需要将电压抽头和温度传感器信号集中在电子器件上的复杂布线。在拆卸成单个单元之后，在可能的情况下，单个单元上的所有数据都不能再获得。然后需要费力地单个地表征单元，使得可以以识别成等同物的方式来重组它们。通过智能单元平衡系统借助于能量存储模块来实现单个电池单元的平衡。

组装电池组的方法包括以下步骤：

a)提供多个电池单元，根据多个电池单元的特征数据对它们进行预选，多个电池单元包括附接到电池单元中的每一个的相应一个电子电池单元监测模块，将电子电池单元监测模块电连接到电池单元的正极和负极，电池单元监测模块能够借助于第一连接装置通过平衡总线可释放地彼此连接，以传输数据和电流；

b)提供模块载体，其用于容纳和保持多个电池单元，该模块载体包括：第二连接装置，其用于将电池单元的正极电连接到相邻电池单元的负极，并且将电池单元的负极电连接到相邻电池单元的正极；平衡总线，其具有至少两条电线；能量存储模块，其用于存储电能，并且该能量存储模块电连接到平衡总线的两条电线以通过它们吸收或输出电能；

c)将多个电池单元插入模块载体中，由此，经由平衡总线以及电池单元到第二连接装置的连接来建立电池单元监测模块到彼此以及到能量存储模块的连接。

在组装之前在新组成的电池模块中执行电池单元的预选，并且将其输入到数据库中。制造商将电池单元组合，使得对具有几乎相同的特征数据的电池单元进行编译。该措施应具有电池模式呈现最佳性能的效果，因为所有电池单元都能够均匀地耗尽。如果在电池模块的使用寿命期间由于缺陷而需要更换电池单元，则读取并评估剩余电池单元的特征数据。在电池单元数据库中寻找与已经存在的电池单元及其特征数据匹配的更换电池单元。因此，然后新的电池模块再次具有能够被均匀耗尽的一组电池单元。

第二连接装置优选地是电连接器元件，该电连接器元件作为冲压件由金属板产生并且具有至少一个自由突出的舌状物，该舌状物在金属板的第一侧上从金属板平面弯曲出来并且在与金属板平面平行的平面中延伸。连接器元件具有两个指状物，这两个指状物在连接器元件的插入方向上自由地突出并且在金属板平面中与至少一个自由地突出的舌状物平行地延伸。两个自由突出的指状物形成连接器元件在插入方向上的前端。因此，在连接器元件的插入方向上自由突出的两个指状物在它们之间限定了在连接器元件的前端处开口的间隙，所述间隙被从金属板平面弯曲出的自由突出的舌状物覆盖。在将要彼此连接的两个连接器元件插接在一起时，连接器元件的指状物或由它们形成的间隙用作相应的另一连接器元件的舌状物的引导，由此可以确保要连接的两个连接器元件的精确适配安装。由于两个自由突出的指状物与自由突出的舌状物一样在连接器元件的插入方向上延伸，并且在这种情况下形成连接器元件的前端，相对于彼此旋转180°的两个相同的连接器元件可以彼此接合，自由突出的指状物的自由端通过线性插入移动而面向前，其结果是，从其上冲压出相应连接器元件的金属板通过两个指状物与相应另一连接器元件的自由突出的舌状物之间的摩擦锁定而被夹紧。该接触元件已经被注册为专利号为EP 2 551 963的专利。该接触元件制造简单，并且还可以与呈金属板的细长条形式的简单汇流条(bus bar)一起使用。汇流条的一部分被夹在指状物与舌状物之间。在由加热引起接触元件的膨胀时，接触元件可以相对于汇流条移动以补偿机械公差，然后接触力增加。

第二连接装置优选地包括多个极接触元件。各个极接触元件包括电连接器元件，其中，金属板的接触条从前端处的两个自由突出的指状物与插入方向成直角地与第一侧相反地延伸。这里，极接触元件附接到电池单元的正极，并且第二极接触元件附接到电池单元的负极。极接触元件沿插入方向定向。由于极接触元件的呈连接器元件形式的侧面的实施方式，电池单元可以非常容易地连接到汇流条或连接到相同形状的连接器元件。组装或拆卸不需要工具，并且可以交替地多次执行。极接触元件的另一侧可以借助于接触条不可释放地连接到电池极。这可以通过焊接来实现。

电池模块优选包括多个汇流条，各汇流条在第一端具有连接器元件并且在其第二端具有第二连接器元件，汇流条与插入方向成直角地延伸。通过电池极和汇流条的连接器的布置，可以容易地实现电池单元的串联连接。因为汇流条(包括连接器元件)被设计成一体，并且不需要考虑另外的接触电阻值，所以汇流条的接触电阻在连接器元件之间非常小。

极接触元件的电连接器元件和汇流条的电连接器元件优选相对于彼此并且沿着插入轴对准，使得它们滑到彼此中并且在朝向彼此移动时在电池单元正确对准时，建立电接触。这种设计使得能够实现自定位接触过程。

极接触元件的电连接器元件和汇流条的电连接器元件优选相对于彼此并且沿着插入轴对准，使得它们不滑入彼此中并且在朝向彼此移动时在电池单元不正确对准时不建立任何电接触。连接器元件的该设计使得可以提供编码(code)以防止不正确的电池极连接到汇流条。

还可以想到的是，将连接器元件相对于细长汇流条的中心不对称地定位在汇流条处。如果随后在模块载体中相应地布置汇流条，则不正确地插入的电池单元的电池极不能定位汇流条中的任何反极。这避免了可能破坏整个电池模块的不希望的短路或极性反转。可以改变连接器元件的材料厚度和宽度以改变电流负载能力。

附接到第一电池极(电池单元)的第一极接触元件优选地具有与插入方向成直角的延伸部，该延伸部不同于附接到第二电池极的第二极接触元件的延伸。由此防止了仅几何上彼此协调的接触部分能够彼此接合，由此避免了极性反转。

第二连接装置优选地包括多个桥接触元件。各桥接触元件包括电连接器元件中的两个。电连接器元件彼此平行地布置，电连接器元件的第一侧面向相反的方向。电连接器元件通过一片金属板连接。这些桥接触元件使得能够实现具有另选的单元布置的连接设计。

模块载体优选地具有多个切口，所述多个切口被配置成容纳和保持多个电池单元，各个切口从开口沿着插入方向延伸，多个汇流条被布置成与开口相对。被推入切口中的电池单元的电池极仅在电池单元的较大部分保持在切口中时接触。这增加了防止损坏电池极的安全性。此外，电池单元在切口中被机械地引导，由此电池极在与汇流条接触之前已经被适当地对准。还可以提供电池载体作为子壳体以容纳并机械地稳定单元，然后将所描述的模块载体系统作为盖从上方安装，并且因此在一个步骤中建立所有电连接并封闭模块。

第一连接装置优选地包括自定位插入系统，以将平衡总线连接到电子电池单元监测模块并连接到能量存储模块。这些插入系统已经用于电插头的盲装配中。这些插入系统使用漏斗状结构和对应的安装件，该安装件使得能够实现对应的侧向移动以沿着插入路径相对于彼此引导插头并且使得能够实现将插头插在一起。也可以提供电池单元的侧壁处的接触来代替所描述的插入系统。然后，附接到围绕切口的边界壁的接触部横向接触。在将电池单元插入到切口中之后，电池单元的接触部可以接触边界壁处的接触部。对于设计平衡总线的接触，可以想到大量的其它可能性。

能量存储模块优选地与模块载体形成为一体。通过该设计，能量存储模块以机械和电气保护的方式集成在模块载体中。因为不需要单独的壳体或插入连接，所以可以降低能量存储模块的成本。

电子电池单元监测模块优选地具有第一电开关和第二电开关。电开关被配置成将电池单元电连接到平衡总线的两条电线中的相应一条。电子电池单元监测模块和能量存储模块通过平衡总线彼此连接，并且由此形成单元平衡系统。

电子电池单元监测模块和所使用的电池单元基本上是相同的构造。电池单元监测模块中使用的电子部件在所有电池单元监测模块中应当是相同的或技术上相当的。由此确保控制电池单元监测模块的控制程序的平稳运行。用于控制电池单元监测模块的控制程序同样是相同的。各自固定地连接到电池单元的电子电池单元监测模块连续地检测电池单元的特征值。电池单元的特征值至少是电池极之间的电压和电池单元的温度。电池单元监测模块还检测至少两条电线之间的电压，并且由此可以评估电能存储模块的电荷状态。电子电池单元监测模块具有经由平衡总线彼此通信的能力，其中，能够使用根据已知的多主系统(multi-master system)的网络。电子电池单元监测模块彼此通信并且将它们自己的电池单元的电压值与其它电池单元的电压值进行比较。在已经形成所有电子电池单元监测模块的共识之后，具有最高电压的电池单元与相邻电池单元一起连接到平衡总线的两条电线，并且通过它们将电能从电池单元传导至电能存储器中并且再次从两条电线断开。然后，具有过低电压的电池单元连接到平衡总线的两条电线，并且通过它们将电能从电能存储器传导到该电池单元中，并且再次从两条电线断开。这个过程是连续执行的。能量存储模块可以包括电容器、电线圈或电容器和电线圈的组合以存储电能。

使电池模块的各电池单元的电荷适应预定水平的方法可以包括以下步骤：

a)提供包括多个电池单元的电池模块，包括附接到电池单元的每一个的相应电子电池单元监测模块，该电池单元监测模块通过包括至少两条电线的平衡总线彼此连接，以传输数据和电流，电子电池单元监测模块电连接到电池单元的正极和负极，电子电池单元监测模块具有第一电开关和第二电开关，所述电开关被配置成将电池单元电连接到平衡总线的电线中的相应一条，电池模块包括用于存储电能的能量存储模块，该能量存储模块电连接到平衡总线的两条电线以通过它们吸收或输出电能，并且电子电池单元监测模块和能量存储模块通过平衡总线彼此连接以形成单元平衡系统；

b)将电池单元的正极连接到相邻电池单元的负极，并且将电池单元的负极连接到相邻电池单元的正极，使得产生所有电池单元的串联连接，串联连接的正极和负极不彼此连接；

c)启动所有连接的电池单元控制模块通过平衡总线进行的通信；

c)识别所有电池单元监测模块；

d)确定电池模块中的电池单元的布置；

e)通过平衡总线交换所有电池单元的电荷状态；

f)由具有最高传输电荷电压的电池单元监测模块接管控制；

g)切换通过一个电池单元的相应正极和另一电池单元的负极串联连接的两个电池单元，单元中的一个是具有最高单元电压的单元，并且串联布置的第二单元具有串联布置的这两个单元中相对较高的单元电压；

h)对电能存储器进行充电；

i)将电池单元从平衡总线断开；

j)将具有最低充电电压的电池单元的正极和负极切换到平衡总线；

k)利用电能存储器的能量对电池单元进行充电；

l)将电池单元从平衡总线上断开；以及

m)继续进行方法步骤e)。

电子电池单元监测模块被配置为多主系统，使得组件中的电池单元能够在没有外部初始化的情况下执行主动平衡。各个电池单元监测模块周期性地传输其电荷状态。它们被缓冲在各个电池单元监测模块中。然后，组件中具有最高电荷状态的电池单元监测模块可以负责下一平衡循环的控制。该循环包括确定具有较高电荷状态的两个相邻电池单元。借助于控制命令来发起串联的两个电池单元到平衡总线的短暂切换，用于向能量存储模块充电放电。然后，另一控制命令将发起最弱电池单元的短暂切换，用于从能量存储模块移出电荷。这里，最弱电池单元的电池单元监测模块接管充电循环的监测以及与平衡总线的断开。在下一电荷状态确定之后，然后如上所述执行下一平衡循环。

电子电池单元监测模块中的每一个可以独立于其它电子电池单元监测模块而借助于第一电开关将电池单元的正极连接到平衡总线的电线中的一条，并且借助于第二电开关将电池单元的负极连接到平衡总线的另一电线。电子电池单元监测模块中的每一个具有可单独进行切换的电开关。作为半导体部件的开关的设计使得可以实现高的切换频率并且同时确保长的使用寿命。电子电池单元监测模块中的每一个可以独立于其它电子电池单元监测模块而借助于第一电开关将电池单元的正极连接到平衡总线的电线中的一条，并且另一电池单元监测模块可以借助于第二电开关将电池单元的负极连接到平衡总线的另一电线，这也能够根据单元的顺序以相反的顺序和极性进行。电池单元以串联连接的方式各自电连接到相应的相邻电池单元的负极和正极，以实现电池模块的更高的总电压。例如，通过电开关的独立切换可能性，可以将电池单元的正极切换到两条电线中的一条，并且将相邻电池单元的负极切换到两条电线中的第二条。通过现在施加在两条电线之间的双倍电压，可以给予电能存储器更高的电荷。结合短的切换时间，在不需要同时对电能存储器充电的情况下，可以利用电存储器的一次充电来一个接一个地对多个电池单元进行充电。电池单元监测模块具有至少一个电数据端口，该电数据端口电容性地连接到平衡总线的电线中的一条，其中，通过在该电线上进行调制将控制信号传输到数据端口。通过在电线中的一条上进行调制，可以省去另外的信号线。另选地，当电池单元监测模块具有至少一个光学数据端口并且平衡总线具有光学线路时，可以执行数据传输，数据端口光学地连接到平衡总线的光学线路。通过在对应的光学线路上对光进行调制来传输控制信号。在汽车工程中，为了避免数据传输中的干扰，光学线路的使用已经在特别是高度电磁污染的环境中证明了其自身。此外，可以在电线上执行数据传输。电池单元监测模块具有以两极方式设计的至少一个电数据端口。平衡总线包括连接到两极电数据端口的两个电数据线。相应的数据线连接到一个电数据端口。通过在两个电数据线上进行调制来传输控制信号。根据所需的数据传输速率，两条电线也可以简单地用作数据线。这些布线优选地彼此绞合以减小干扰。电子电池单元监测模块是可编程的，并且包括至少一个微处理器模块，该微处理器模块具有存储器、输入/输出端口、温度测量装置和电压测量装置，电子电池单元监测模块具有基本通信功能，用于借助于平衡总线与其它电池单元监测模块通信。具有上述特性的微处理器模块早已在工业中使用，并且可以廉价地购买到。大量的这些微处理器模块具有利用工业中使用的不同传输协议和方法实现的通信功能。该通信功能减少了编程中的开发工作。此外，这种微处理器模块主要具有将功耗降低到最小的节能功能。电池单元监测模块还可以包括传输装置，该传输装置将电能存储器的电能转换成具有可调节电平的电压并且将其施加到电池极。电子电池单元监测模块与电池单元形成为一体，由此产生自主电池元件。电子电池单元监测模块相对于电池单元相对较小，并且可以粘附地结合到电池单元。还可以想到在电池单元的壳体中的集成，这反映在增强了对电子电池单元监测模块的损害的保护。在作为能量供应的操作期间以及在电池模块既不连接到能量供应也不连接到消耗器时，可以平衡电池模块的电池单元。由此，即使电池模块作为备件临时存储，电池模块也能保持其全部功能。由于所有的电池单元保持在相似的电压水平，所以很大程度上防止了电池单元的总放电。为了防止整个电池模块的总放电，可以在电池模块的电流连接器处设置信号装置，该信号装置用信号通知总放电，用信号通知电池模块的总电压太低。电子电池单元监测模块各自具有唯一的标识符，例如，根据UUID标准，在电池单元监测模块中不可删除地实现该标识符，并且能够经由平衡总线调用该标识符。该唯一标识符可以例如存储在电池单元监测模块上的EPROM中。通用唯一标识符(UUID)是在软件开发中使用的用于标识的标准。作为分布式计算环境(DCE)的一部分，由开放软件基金会(OSF)将其标准化。UUID的目的是在没有任何中央协调的情况下，能够在分布式系统中清楚地标记信息。UUID由16位的数值组成，该数值以十六进制记数法写入并被分成5组。电子电池单元监测模块在电池单元的使用寿命期间以更新的形式存储对应电池单元的识别数据。关于电池单元的充电和放电循环的次数的信息以及另外的特征数据被连续地存储并且可以经由平衡总线来调用。例如，服务单元可以连接到平衡总线或直接连接到电子电池单元监测模块以查看或下载这些数据。通过使用这些数据，可以对电池单元的进一步使用能力进行预测，并根据需要更换电池单元。

附图说明

图1示出了具有悬在其上方的模块载体的电池模块的立体图；

图2示出了模块载体的表示；

图3示出了连接器元件的立体图；

图4示出了汇流条的立体图；

图5示出了极接触元件的立体图；

图6示出了桥接触元件的第一实施方式的立体图；

图7示出了桥接触元件的第二实施方式的立体图；

图8示出了电池模块的立体图；

图9示出了电池模块的示意性表示；以及

图10以示意性表示示出了数据端口的电容性耦合的细节。

具体实施方式

图1示出了具有悬在其上方的模块载体300的电池模块10的立体图；电池模块10包括多个电池单元100。在该表示中，在两行中布置相应的六个电池单元。所示的电池模块包括具有六个电池单元的两行，各个电池单元串联连接。用于平衡各电池单元100的电荷的单元平衡系统包括附接到电池单元100中的每一个的相应电子电池单元监测模块110。电池单元监测模块110可以借助于第一连接装置通过平衡总线130可释放地彼此连接，以传输数据和电流。模块载体300用于容纳和保持多个电池单元100。模块载体300包括用于将电池单元100的正极102电连接到相邻电池单元100的负极104并且用于将电池单元100的负极104电连接到相邻电池单元100的正极102的第二连接装置。模块载体300包括具有至少两条电线140、141的平衡总线130。模块载体300包括用于存储电能的能量存储模块170。能量存储模块170可以电连接到平衡总线130的两条电线140、141，以通过它们吸收或输出电能。能量存储模块部分170与模块载体300形成为一体。模块载体300具有多个切口310，所述多个切口310被配置成容纳和保持多个电池单元100，各个切口310沿着插入方向X从开口312延伸。电池模块10包括多个汇流条40，多个汇流条40被布置在开口312的窄端处。电池模块10包括多个桥接触元件50，所述多个桥接触元件50被布置在模块载体300中，使得它们能够连接布置在不同行中的电池100。第一连接装置包括自定位插入系统，以将平衡总线130连接到电子电池单元监测模块110并连接到能量存储模块170。电池单元100的正极102由极接触元件70形成，该极接触元件70具有沿插入方向X定向的连接器元件30。电池单元100的负极104由极接触元件70形成，该极接触元件70具有沿插入方向X定向的连接器元件30。

图2示出了模块载体300的表示，其中，视图被选择成使得观察者能观察到切口310。可以在切口310的侧面看到汇流条40。弯曲180度的汇流条50位于切口310的中心。用于接触平衡总线130的两条电线140、141的连接装置被设置在与开口312相对的表面处。连接器端子106、108从向分别形成串联连接的第一个和最后一个电池单元的电池单元100提供的开口312突出，以使电池模块10可以连接到电子设备或其它模块。能量存储器170集成在模块载体300和平衡总线130的布线中。如果电池单元100插入到切口中，则它们自动地连接到汇流条并连接到平衡总线130，并且平衡循环开始。

图3示出了连接器元件30的立体图。第二连接装置包括电连接器元件30，该电连接器元件30作为冲压件由金属板36产生并且具有至少一个自由突出的舌状物34，该舌状物34在金属板36的第一侧A上从金属板平面弯曲出来并且在与金属板平面平行的平面中延伸。连接器元件30具有两个指状物37，这两个指状物37在连接器元件30的插入方向X上自由地突出并且在金属板平面中与至少一个自由地突出的舌状物34平行地延伸。两个自由突出的指状物37、38形成连接器元件30在插入方向上的前端32。

图4示出了汇流条40的立体图。各个汇流条40在其与插入方向X相反定向的第一端42处具有连接元件30。各个汇流条40在其与插入方向X相反定向的第二端44处具有连接元件30。正极102由此可以可释放地连接到汇流条40的第一端42。负极104可以沿着插入方向X连接到汇流条40的第二端44。

图5示出了用于借助于与插入方向成角度地延伸的接触条72固定地附接到电池单元100的正极102或电池单元100的负极104的极接触元件70的立体图。极接触元件70同样包括用于可释放地连接到对应件的连接器元件30。

图6示出了桥接触元件50的立体图。

图7示出了如图6所示的桥接触元件60的立体图。它满足相同的目的，但是该连接位于与图6的先前表示中的桥接触元件50的相对布置侧处在连接器元件30的另一端处，这是用于根据布置和对公差补偿的需求进行安装和操作的另选实施方式。

图8示出了电池模块10的立体图。该表示例示了电池单元如何彼此电连接。另外，在这里可以更轻易地观察到隐藏在模块载体300中的电连接。电池模块10包括多个电池单元100。电子电池单元监测模块110附接到电池单元100中的每一个。电池单元监测模块110通过包括至少两条电线140、141的平衡总线130彼此连接，以传输数据和电流。电子电池单元监测模块110电连接到电池单元100的正极102和负极104。电子电池单元监测模块110与电池单元100形成为一体，由此形成自主电池元件150。电池模块10的各个电池单元100在其自己的正极102处分别电连接到相邻电池单元100的负极104。此外，电池模块10的各个电池单元100在其自己的负极104处分别电连接到相邻电池单元100的正极102。从而产生电池单元100的串联连接。在第一个和最后一个电池单元100中存在例外，第一个和最后一个电池单元100的自由极设置有连接器端子106、108，以使得电池模块10可以连接到电子设备。

图9示出了电池模块10的示意性表示。作为示例，仅有两个电池单元。电子电池单元监测模块110具有第一电开关112和第二电开关114。电开关112、114被配置成将电池单元100电连接到平衡总线130的两条电线140中的相应一条。电池模块10包括用于存储电能的能量存储模块170。在表示中的能量存储模块170包括例如电容器和线圈的组合。然而，也可以使用另选的电能存储器。能量存储模块170电连接到平衡总线130的两条电线140，以通过它们吸收或输出电能。在表示中，能量存储模块170的连接器172、174连接到两条电线140。电子电池单元监测模块110和能量存储模块170通过平衡总线130彼此连接并且形成单元平衡系统。电子电池单元监测模块110中的每一个可以独立于其它电子电池单元监测模块110而借助于第一电开关112将电池单元100的正极102连接到平衡总线130的电线中的一条，并且借助于第二电开关114将电池单元100的负极104连接到平衡总线130的另一电线141。电池单元监测模块110中的每一个是可编程的并且具有至少一个微处理器模块200，该微处理器模块200包括存储器、输入/输出端口、温度测量装置和电压测量装置。电子电池单元监测模块110具有用于借助于平衡总线130与其它电池单元监测模块110通信的基本通信链路。

图10以示意性表示示出了数据端口的电容性耦合的细节。电池单元监测模块110具有至少一个电数据端口116，该电数据端口116电容性地连接到平衡总线130的电线140、141中的一条，通过在该电线140、141上进行调制将控制信号传输到数据端口116。

Claims (14)

1.一种用于高压电池组的电池模块（10），所述电池模块（10）包括：

多个电池单元（100）；

单元平衡系统，所述单元平衡系统用于平衡各所述电池单元（100）的电荷，所述单元平衡系统包括附接到所述电池单元（100）中的每一个的相应电子电池单元监测模块（110），所述电子电池单元监测模块（110）通过平衡总线（130）借助于第一连接装置可释放地彼此连接，以传输数据和电流，所述电子电池单元监测模块（110）电连接到所述电池单元（100）的正极（102）和负极（104）；

模块载体（300），所述模块载体（300）用于容纳和保持所述多个电池单元（100），其中，所述模块载体（300）包括第二连接装置，所述第二连接装置用于将所述电池单元（100）的正极（102）电连接到相邻电池单元（100）的负极（104）以及将所述电池单元（100）的负极（104）电连接到相邻电池单元（100）的正极（102），并且所述模块载体（300）包括所述平衡总线（130），所述平衡总线（130）具有至少两条电线（140、141），并且所述模块载体（300）包括能量存储模块（170），所述能量存储模块（170）用于存储电能，并且所述能量存储模块（170）电连接到所述平衡总线（130）的所述两条电线（140、141），以通过它们吸收或输出电能，并且其中，所述第一连接装置包括自定位插入系统，以将所述电子电池单元监测模块（110）连接到所述平衡总线和所述能量存储模块（170）。

2.根据权利要求1所述的电池模块（10），其中，所述电池模块（10）用于车辆。

3.根据权利要求1所述的电池模块（10），其中，所述第二连接装置包括电连接器元件（30），所述电连接器元件（30）作为冲压件由金属板（36）制成并且具有至少一个自由突出的舌状物（34），所述舌状物（34）在所述金属板（36）的第一侧（A）上从金属板平面弯曲出来并且在与所述金属板平面平行的平面中延伸，所述电连接器元件（30）具有两个指状物（37、38），所述两个指状物（37、38）在所述电连接器元件（30）的插入方向（X）上自由突出，并且在所述金属板平面中与所述至少一个自由突出的舌状物（34）平行地延伸，两个自由突出的所述指状物（37、38）形成所述电连接器元件（30）在所述插入方向上的前端（32）。

4.根据权利要求3所述的电池模块（10），其中，所述第二连接装置包括多个极接触元件（70），各个极接触元件（70）包括电连接器元件（30），并且所述金属板（36）的接触条（72）从所述前端处的两个自由突出的所述指状物（37、38）与所述插入方向（X）成直角地与所述第一侧（A）相反地延伸。

5.根据权利要求4所述的电池模块（10），其中，极接触元件（70）附接到电池单元（100）的正极（102）；并且其中，第二极接触元件附接到电池单元（100）的负极（104），所述极接触元件（70）沿所述插入方向（X）定向。

6.根据权利要求5所述的电池模块（10），所述电池模块（10）包括多个汇流条（40），各个汇流条（40）在第一端（42）处具有连接器元件并且在其第二端（44）处具有第二连接器元件，所述汇流条与所述插入方向（X）成直角地延伸。

7.根据权利要求6所述的电池模块（10），其中，所述极接触元件（70）的电连接器元件（30）和所述汇流条（40）的电连接器元件（30）相对于彼此并且沿着所述插入方向（X）对准，使得它们滑到彼此中并且在朝向彼此移动时在所述电池单元（100）正确对准的情况下建立电接触。

8.根据权利要求6所述的电池模块（10），其中，所述极接触元件（70）的电连接器元件（30）和所述汇流条（40）的电连接器元件（30）相对于彼此并且沿着所述插入方向（X）对准，使得它们不滑入彼此中，并且在朝向彼此移动时在所述电池单元（100）未正确对准的情况下不建立任何电接触。

9.根据权利要求8所述的电池模块（10），其中，附接到电池单元（100）的第一电池极的第一极接触元件具有与所述插入方向（X）成直角的延伸部，所述延伸部不同于附接到第二电池极的第二极接触元件的延伸部。

10.根据权利要求3所述的电池模块（10），其中，所述第二连接装置包括多个桥接触元件（50、60），各个桥接触元件（50、60）包括所述电连接器元件（30）中的两个电连接器元件（30），这两个电连接器元件（30）彼此平行布置，并且所述电连接器元件（30）的所述第一侧（A）面向相反方向，所述电连接器元件（30）通过一片金属板（36）连接。

11.根据权利要求6所述的电池模块（10），其中，所述模块载体（300）具有多个切口（310），所述多个切口被配置成容纳和保持所述多个电池单元（100），各个切口（310）沿着所述插入方向（X）从开口（312）延伸，并且所述多个汇流条（40）被布置成与所述开口（312）相对。

12.根据前述权利要求中任一项所述的电池模块（10），其中，所述能量存储模块（170）与所述模块载体（300）形成为一体。

13.根据权利要求1所述的电池模块（10），其中，所述电子电池单元监测模块（110）具有第一电开关（112）和第二电开关（114），所述第一电开关（112）和所述第二电开关（114）被配置成将所述电池单元（100）电连接到所述平衡总线（130）的所述两条电线（140、141）中的相应的一个，并且所述电子电池单元监测模块（110）和所述能量存储模块（170）通过所述平衡总线（130）彼此连接以形成单元平衡系统。

14.一种组装电池组的方法，所述方法包括以下步骤：

a）提供多个电池单元（100），根据所述多个电池单元（100）的特征数据对这些电池单元（100）进行预选，所述多个电池单元（100）分别包括附接到所述电池单元（100）中的每一个的一个电子电池单元监测模块（110），将所述电子电池单元监测模块（110）电连接到所述电池单元（100）的正极（102）和负极（104），并且所述电子电池单元监测模块（110）能够通过平衡总线（130）借助于第一连接装置可释放地彼此连接，以传输数据和电流；

b）提供模块载体（300），所述模块载体（300）用于容纳和保持多个电池单元（100），所述模块载体（300）包括第二连接装置，所述第二连接装置用于将所述电池单元（100）的正极（102）电连接到相邻电池单元（100）的负极（104）以及将所述电池单元（100）的负极（104）电连接到相邻电池单元（100）的正极（102），并且所述模块载体（300）包括所述平衡总线（130），所述平衡总线（130）具有至少两条电线（140、141），并且所述模块载体（300）包括能量存储模块（170），所述能量存储模块（170）用于存储电能，并且所述能量存储模块（170）电连接到所述平衡总线（130）的所述两条电线（140、141），以通过它们吸收或输出电能；

c）将所述多个电池单元（100）插入所述模块载体（300）中，由此，经由所述平衡总线（130）以及所述电池单元（100）到所述第二连接装置的连接来建立所述电子电池单元监测模块（110）到彼此以及到所述能量存储模块（170）的连接；以及

d）借助所述第一连接装置的自定位插入系统，将所述电子电池单元监测模块（110）连接到所述平衡总线和所述能量存储模块（170）。

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