CN112332034A - 单元接触装置和电池系统 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种用于电池单元的电接触的单元接触装置(100、200、300)，其具有：用于每个电池单元的接触冠(101、102、103、104、201、301)，其中每个所述接触冠(101、102、103、104、201、301)具有接触底部(105)，在所述接触底部(105)的外周部上布置有至少两个对置的接触凸耳(106、107、108、109、110、111、112、113)；和一定数量的连接片(115、116、177)，所述连接片分别将两个并排布置的所述接触冠(101、102、103、104、201、301)相互连接，其中所述接触凸耳(106、107、108、109、110、111、112、113)布置在所述接触底部(105)的外周部上，使得分别在两个相邻的所述接触冠(101、102、103、104、201、301)内并且在相应的所述连接片(115、116、177)上方形成自由通道(118)。此外，本发明公开了一种电池系统(350)。

Description

单元接触装置和电池系统
技术领域
本发明涉及用于电池单元的电接触的单元接触装置。本发明此外涉及对应的电池系统。
背景技术
在下文中，主要结合用于车辆的电驱动器来描述本发明。但是应理解的是本发明也可以在另外的应用中使用，例如在静态的能量存储器中使用。
在电化学能量存储系统(例如，电池)的情况中，通过串联单独的电化学单元来获得期望的电压水平。多个单元可以组合成单独的模块。通常通过具有对应数量的电池单元的对应模块行列来产生期望的电压。
此类能量存储系统的常规使用领域是电动移动装置，特别是电动车辆，但其使用并不限于此。用于驱动车辆的电动马达在加速时消耗高的电力，所述电力由能量存储系统或能量存储器的电化学单元来提供。
在单独的模块中，由电池单元形成的单元行通常电反向地相互堆叠。在此，单独的电池行的单元通常并联电连接。这种能量存储系统的输出电压可以通过串联连接单独的电池行来调节。这意味着至少在模块行列的开头或结尾处单独的单元行必须相互连接。到目前为止，这通过非常复杂的机械构造来完成。这种机械构造必须以高的成本制造，并且必须对所制造的零件进行全面的质量控制。
发明内容
因此，本发明的任务是实现能量存储系统内的电池单元的构造上尽可能简单的连接。
此任务通过独立权利要求的主题来解决。在从属权利要求、说明书和附图中给出了本发明的有利的改进方案。特别地，一个权利要求类型的独立权利要求也可以以类似于另一权利要求类型的从属权利要求的方式进行改进。
根据本发明的用于电池单元的电接触的单元接触装置具有：用于每个电池单元的接触冠，其中每个接触冠具有接触底部，在接触底部的外周部上布置至少两个对置的接触凸耳；和一定数量的，即，一个或多个连接片，所述连接片分别将两个并排布置的接触冠相互连接，其中，接触凸耳被布置在接触底部的外周部上，使得分别在两个相邻的接触冠中并且在相应的连接片上方形成自由通道。
根据本发明的电池系统具有：一定数量的，即，一个或多个单元模块，其中单元模块分别具有堆叠的单元行，其中单元行分别以电反向的方式堆叠，并且其中单元模块被前后相继地布置；以及用于覆盖第一个单元模块的第一端板和用于覆盖最后一个单元模块的第二端板，其中端板在对应于单元行的位置处分别具有根据本发明的单元接触装置。
本发明基于以下认知，迄今为止，电池系统中的单元的接触具有非常高的成本。
现在，为简化电池系统中的电池单元的接触，本发明提供了可以以两种方式接触单独的电池单元的单元接触装置。一方面，电池单元的一个极(通常是正极)可以与接触冠的底部连接。另一方面，电池单元的另一极(通常是负极)可以与接触凸耳接触。
在例如用于电动车辆的电池系统中，可以在电池模块中布置各单独的电池单元。各单独的单元行可以在单元模块中以电反向的方式堆叠。电反向是指一个单元行中的电池单元在同一侧具有负极，而下一单元行中的电池单元在此侧具有正极。
借助于接触冠可以将各单独的单元行相互内外嵌套插接，即在正极和负极上相互连接。为此，将由带有连接片的接触冠组成的带例如安置在一个单元行的正极上。随后的单元行可以以负极插入到所述接触冠内。对应地，两个单元模块的所有单元行也可以借助于接触冠相互连接。
单元接触装置可以被设计为由接触冠组成的带或链，所述接触冠在其间带有连接片。因此，如果将单元接触装置的带施加到电池电源上，则可以通过单元接触装置使带有电同向地并排布置的电池单元的单元行中的电池单元电并联连接。因此，通过借助位于其间的单元接触装置的带使各单独的单元行相互内外嵌套插接，也可以非常简单地形成各单独的单元行的串联连接。
单元接触装置通常具有带或链的形式。但是应理解的是，各单独的连接片也可以被设计为相对于另外的连接片具有预定角度，例如45°或90°。由此可使得单元接触装置与单元行的不同的几何形状匹配。
单元接触装置还具有自由通道，所述自由通道由接触冠的内部空间(即，由接触凸耳限定的空间)和连接片限定。
自由通道实现了将另外的一件式的元件，例如电流轨(见下文)，放入或插入到通道内。一件式元件非常容易制造，例如作为冲压件。因此，由于不需要复杂的或多件式的接触元件，因此自由通道实现了各单独的电池单元或单元行的非常简单的外部接触。
在电池系统的端板中，单元接触装置可用于例如形成电池系统的负极。为此，可以在端板内设有单元接触装置，所述单元接触装置例如与电池系统的外部负极连接。如果将端板安放到第一个或最后一个单元模块上，则接触凸耳会滑到单独的电池单元上。因此，对应的单元行的单独的电池单元并联电接触并且与外部负极连接。类似地，可以为电池系统创建外部正极，也可以将端板内的单独的单元行相互串联连接(见下文)。
参照附图，由从属权利要求和说明书得出其他的实施方式和其他的改进方案。
在一个实施方案中，接触凸耳在接触底部上的位置可以对应于待接触的电池单元的通过其纵向轴线的横截面中的外轮廓。
接触凸耳可以基本上垂直于接触底部布置，即接触凸耳可以从接触底部的平面突出。应理解的是，接触凸耳可以具有任何合适的几何形状。例如，接触凸耳可以被设计成一种板簧。在其上端，即在与接触底部对置的端，接触凸耳可以向外弯曲。因此，上端相对于电池单元的插入方向形成斜面。当引入电池单元时接触凸耳因此被向外压。
接触凸耳可以以如下方式布置在接触底部的外轮廓上，即在待接收的电池单元被压到接触凸耳之间或在将单元接触装置安放到电池单元上时，接触凸耳以预定的弹簧力压到待接收的电池单元上。因此，接触凸耳可以从接触底部的外周部延伸到其内接收电池单元的接收空间内。在插入电池单元时接触凸耳被向外压，并且然后在电池单元壳体的外面上接触电池单元。电池单元壳体的外面通常对应于电池单元的负极。
特别地，接触凸耳可以相对于接触冠的中心相互对置地成对布置。由此可见，在插入电池单元时力相互抵消。
在另一个实施例中，带有连接片的接触冠可以沿主方向布置。
因此，单元接触装置形成为链或带的形式。在连接片的区域中，在单独的接触感之间无接触凸耳。因此，接触凸耳沿带的纵向范围布置在纵向轴线的上方和下方。因此，接触凸耳在相应的接触冠的周部上并非均匀地分布。因此，自由通道位于带状单元接触装置的纵轴上。
单元接触装置的此构造实现了将所述单元接触装置制造并卷绕成由对应的材料带形成的冲压弯曲件。
因此可以非常容易地制造和进一步加工单元接触装置。
在另一实施方案中，接触底部可以具有接触区域，所述接触区域能够与对应于待接触的端侧的电池单元联接。
如上文所述，接触底部可以与相应的电池单元的端侧焊接。所述端侧通常是电池单元的正极。
在另一实施方案中，接触区域能够与对应的电池单元的待接触的端侧在接触底部的下侧联接，例如焊接。接触凸耳可以布置在接触底部的上侧，或者从接触底部的上侧向上延伸。
接触区域可以例如形成在接触底部的参考平面下方。例如，接触区域可以实现为外翻部，所述外翻部可与相应的正极焊接或粘合。而接触凸耳可以布置在参考平面上方并且向上延伸，即远离正极延伸。
然后，接触凸耳沿轴向方向背离电池单元延伸并且形成接收部。在此接收部中可以插入例如另一个带有对应的电极(例如，负极)的电池单元，从而以行或串的方式将两个电池单元彼此连接。
电池接触装置的带可以安放到单元行的所有电池单元的正极上，并且与所述正极联接。因此，单独的正极被电并联连接。同时，在电池接触装置的背对单元的侧提供自由通道，以与单元行进行外部接触或使其与另一电池行串联连接。
在一种实施方式中，单元接触装置可以具有电流轨，所述电流轨可布置在自由通道内并且在布置状态中与接触凸耳电接触。
如上所述，可以设有电流轨以用于外部接触与单元接触装置连接的电池单元。这样的电流轨可以例如被设计为一件式的铜或铝的冲压件。可以理解，电流轨例如可以与电缆或另一电流轨联接，以外部接触电池单元。例如，电流轨可以通过电缆与电池系统的外部连接部联接。
在另一实施例中，电流轨沿其纵轴的轮廓可以对应于在接触冠内的以及在连接片上方的自由通道的轮廓。
如果与接触冠(例如，圆柱形的电池单元)接触，则接触冠在俯视图中也具有柱形或圆形的形状。在俯视图中，由带有连接片的接触冠形成的带将具有波形的形式。因此，电流轨也可以具有波形轮廓。波峰在此可以具有与对应的柱形电池单元相同的半径。对于“21700”类型的单元，此半径大约等于10.5mm，即电池单元的直径为21mm。波谷通过单独的电池行的单元网格中的电池单元的间距产生。对于“21700”电池，此间距可以大约为24mm。
接触凸耳可以分别布置到接触底部上，使得接触凸耳仍然位于波峰的凸出部分上。
通过电池接触装置的这种布置，可以非常容易地以很少的组件接触单元行。
在另一实施例中，单元接触装置可具有连接元件，所述连接元件具有在连接元件的同一侧布置的第一连接区域和第二连接区域，其中第一连接区域可与接触区域联接，并且其中第二连接区域可与电流轨联接。
连接元件可以是简单的板。应理解的是，根据电池模块中的电池单元或单元行的布置，连接元件可以对应地成形。例如，连接元件可以设计为Z形轮廓，以调节第一连接区域之间的距离和第二连接区域之间的距离，并且因此调节电流轨之间的距离和接触冠距相应电池单元的距离。
在此实施例中，电流轨不插入到单元接触装置的接触冠内以例如产生电池单元的并联连接。而是提供了一种单元接触装置，其非常简单地实现了两个单元行或对应的电池单元的串联连接。
接触冠与第一连接区域联接，例如焊接、导电粘合或钎焊。第二连接区域与电流轨联接，例如焊接、粘合或钎焊。因此，电流轨与接触冠电连接。在此，电流轨和接触冠位于连接元件的同一侧。现在，可以将此连接元件安放到两个以电反向的方式布置的、并排布置的单元行上。接触冠在此接触第一单元行的负极而电流轨接触第二单元行的正极。在此，设定在第二单元行的正极上也布置了接触冠。应理解的是，可以将由接触冠和连接片组成的另一带视为此实施例的组成部分。替代地，此带可以被认为是另外的、分开的单元接触装置，其被设计为带有接触冠部的带，例如在权利要求4和5中所阐述的带。
附图说明
下文参考附图解释本发明的有利的实施例。各图为：
图1示出已知的接触冠的图示；
图2示出已知的连接元件的图示；
图3示出根据本发明的单元接触装置的实施例的俯视图；
图4示出图3的单元接触装置的实施例的侧视图；
图5示出了根据本发明的单元接触装置的另一实施例的视图；
图6示出根据本发明的电池系统的实施例的视图；和
图7示出图6的电池系统的实施例的另一视图。
附图仅是示意性图示，并且仅用于解释本发明。相同或作用相同的元件在全文中各处具有相同的附图标记。
具体实施方式
图1示出了已知的接触冠K。接触冠K具有圆形的底部B，在所述底部的外周部上均匀地分布有六个接触凸耳F。在底部B的中间布置有向下偏移的接触面KF。
所示的接触冠K可以例如制造为冲压弯曲件。可以通过将接触面KF与正极连接来实现与电池单元的正极的电接触。可以通过在电池单元的壳体上推动接触凸耳F来接触电池单元的负极。
如果要并联连接多个负极，则必须在导电载体上布置对应数量的带有接触面KF的接触冠K。
图2示出了已知的电流轨S的图示，需要所述电流轨S，以与设有图1的接触冠K的电池单元的正极并联电接触。
如果电池单元的正极通过接触面KF与接触冠K连接，则接触凸耳沿轴向方向从电池单元伸出。现在为接触单独的接触冠K，必须模拟对应的电池单元的负极。
为此，在电流轨S上设有对应的盆槽T。盆槽T通过连接轨V相互电连接。此电流轨S的制造成本很高，并且需要冲压连接轨V、深拉盆槽T、分离和定位连接轨V以及将盆槽T分离、定位和焊接在连接轨V上。
电流轨S的高成本制造是必要的，因为已知的接触冠K不能并排布置地形成用于插入电流轨的贯通通道。
图3示出了单元接触装置100的实施例的俯视图。作为示例，图3的单元接触装置100具有四个接触冠101、102、103、104。应理解的是，仅以示例的方式选择了接触冠101、102、103、104的数量，并且任何其他数量的接触冠101、102、103、104也是可能的。单独的接触冠101、102、103、104通过连接片115、116、117相互连接。为清楚起见，仅左侧接触冠101被设有附图标记。应理解的是，以下解释将类似地应用于接触冠102、103、104。
电池单元接触装置100的接触冠101、102、103、104分别具有基本为圆形形状的接触底部114。例如八个接触片106、107、108、109、110、111、112、113布置在每个接触冠101、102、103、104上。应理解的是，仅以示例的方式选择了八个接触凸耳106、107、108、109、110、111、112、113的数量，并且从两个接触片起的任何其他数量的接触片都是可能的。
与图1的触头冠K不同，接触凸耳106、107、108、109、110、111、112、113不在触头冠101、102、103、104的周部上均匀分布。而是四个接触凸耳106、107、108、109布置在周部的下部区域内，而四个接触凸耳110、111、112、113布置在相应的接触冠101、102、103、104的周部的上部区域上。因此，在单元接触装置100的纵轴上产生了自由通道118。
下部和上部区域可以例如被限定为对应的角度的圆弧段，例如30°至90°之间的角度的圆弧段。替代地，下部区域和上部区域也可以通过在中部应保持畅通的通道118的尺寸来限定。例如，通道118的尺寸可以被预先确定，使得接触凸耳106、107、108、109、110、111、112、113都不应布置在此区域中。
接触片106、107、108、109、110、111、112、113可以相对于接触冠101、102、103、104的中心对置地成对布置。由此，当将电池单元插入在接触凸耳106、107、108、109、110、111、112、113之间时，力相互抵消。
此外，可以在接触底部105的中心形成接触区域114，所述接触区域114适合于接触例如电池单元的正极。例如，接触区域114可以与电池单元的正极焊接。
如果将单元接触装置100安装到单元行的电池单元的正极上，则单独的电池单元并联电接触。在单元接触装置100的与电池单元对置的侧，通过接触凸耳106、107、108、109、110、111、112、113的布置形成了自由通道118。如例如图5和7所图示，可以将电流轨插入到此自由通道118内，所述自由通道仅由一个部分组成，因而其制造非常简单。
图4示出了单元接触装置100的侧视图。在此侧视图中可见，接触冠101、102、103、104中接触底部105与连接片115、116、117处在一个平面(也称为参考平面)内。单独的接触冠101、102、103、104的接触区域114位于此平面下方，并且接触凸耳106、107、108、109、110、111、112、113位于此平面上方。
单独的接触凸耳106、107、108、109、110、111、112、113被设计为板簧的形式，并且从其在接触底部105上的起点开始向着接触底部105的中心倾斜。接触凸耳106、107、108、109、110、111、112、113在其上端向外倾斜，使得可以轻松地将电池单元的主体或电流轨插入到相应的接触冠101、102、103、104内。
图5示出了单元接触装置200。单元接触装置200基于单元接触装置100并且具有布置成行的十二个接触冠201(为清楚起见，仅第一接触冠201被设有附图标记)。应理解的是，仅示例性地选择十二个接触冠201的数量。根据应用可以设有更多或更少的接触冠201。在此单元接触装置200内此外设有电流轨220，所述电流轨220插入到由接触冠201组成的行中。
单元接触装置200的接触冠201可以例如焊接到单元行的电池单元的正极上。如果此单元行是电池系统的第一单元行，则正极必须从外部被接触。这可以借助于电流轨220来进行。例如，电缆可以通过开口221、222与电流轨220螺旋连接。应理解的是，其他类型的电流轨220的接触也是可能的。例如，通向一个电池极的另一电流轨可与电流轨220焊接等。
在单元接触装置200中很明显电流轨220非常简单。例如，可以仅使用一件式的对应地成形的冲压件作为电流轨220。因此，消除了针对图2所提及的复杂的制造步骤。
因此，任何长度的单元行都可以非常容易地与单元接触装置200接触。
在图5的示例中，由接触冠201组成的带可以被焊接到单元行的电池单元的正极上。应理解的是，替代地，也可以将由带有接触区域的接触冠201组成的带焊接到电流轨上。这实现了单元行的电池单元的负极非常容易的接触。
图6示出了带有电池模块的电池系统350。电池模块由两个壳体半部351、352组成，并具有五个彼此叠置的单元行353、354、355、356、357，所述行分别带有十二个电池单元(未单独标识)。单元模块的上部单元行353的单元布置为其负极向外，即朝向观察者。另外的单元行354、355、356、357的电池单元以电反向的方式交替布置。那些正极向外定向的电池单元，即单元行354和356的电池单元在其正极上设有接触冠。接触冠可以例如是图3的接触装置100的相应长的带，所述带以其接触面焊接到电池单元的正极上。应理解的是，为了沿向右布置的另一个电池模块的方向连接电池单元，也可以在单元行353、355和357上设有带有接触冠的对应的带。
电池系统350此外具有(示意性地图示的)端板359，所述端板359用作第一单元模块的盖。应理解的是，也为最后的单元模块设有对应的端板。由端板359和单元模块组成的堆叠可以例如通过螺纹连接被固定。
在电池系统350中，单元模块是由单元模块组成的堆叠中的第一单元模块。因此，对应的单元行必须在端板359中被接触或与位于其下方或上方的单元行电连接。在上文中结合图5说明了如何进行外部电接触。
借助于根据本发明的单元接触装置，也可以将两个对置的单元行相互电连接。为此，在电池系统350中设有单元接触装置300，所述单元接触装置具有由接触冠301组成的行，所述接触冠布置在连接元件358上。单元接触装置300的连接元件358被设计为Z形轮廓(也见图7)。如果距待连接的单元行的电池单元的距离大小不同并且必须补偿，则可以使用Z型轮廓。如果并非此情况，例如也可以仅将板带用作连接元件358。应理解的是，如果相应的应用需要，也可以使用不同于Z形的形状。
Z形轮廓358被布置为使得Z形轮廓358的凹入上部分与单元行353相匹配。因此，此部分与单元行353的电池单元的负极接触。Z形轮廓358的向前偏移的下部分与单元行354相匹配。因此，此部分接触单单元行354的电池单元的正极。
接触冠301的行布置在Z形轮廓358的对应部分上，以用于接触单元行353的电池单元的负极。电流轨320布置在Z形轮廓358的下部分上，以用于接触单元行354的电池单元的正极。例如，可将接触冠301和电流轨320与Z形轮廓358焊接。
如果现在将端板359安放到单元模块351上，则单元接触装置300将单元行353和354的电池单元相互电连接。
图7示出了电池系统350，其中单元接触装置300被安放到对应的单元行353、354上。为清晰起见未图示端板359。
在图7中清楚地示出了Z形轮廓358如何用于补偿距单独的单元行353、354的电池单元的不同距离。
由于上文中详细描述的设备和方法是示例性实施例，因此本领域技术人员可以在很大程度上以常规方式对它们进行修改，而不脱离本发明的范围。特别地，单独的元件相互的机械布置和尺寸关系仅是示例。
附图标记列表
100、200、300 单元接触装置
101、102、103、104、201、301 接触冠
105 接触底部
106、107、108、109 接触凸耳
110、111、112、113 接触凸耳
114 接触区域
115、116、117 连接片
118 通道
220、320 电流轨
221、222 开口
350 电池系统
351、352 单元模块壳体半部
353、354、355、356、357 单元行
358 连接元件
359 端板
K 冠
B 底部
F 凸耳
KF 接触面
S 电流轨
V 连接轨
T 盆槽

Claims (10)

1.一种用于电池单元的电接触的单元接触装置(100、200、300)，其具有：
用于每个电池单元的接触冠(101、102、103、104、201、301)，其中每个所述接触冠(101、102、103、104、201、301)具有接触底部(105)，在所述接触底部(105)的外周部上布置有至少两个对置的接触凸耳(106、107、108、109、110、111、112、113)，和
一定数量的连接片(115、116、177)，所述连接片分别将两个并排布置的所述接触冠(101、102、103、104、201、301)相互连接，
其中所述接触凸耳(106、107、108、109、110、111、112、113)布置在所述接触底部(105)的外周部上，使得分别在两个相邻的所述接触冠(101、102、103、104、201、301)内并且在相应的所述连接片(115、116、177)上方形成自由通道(118)。
2.根据权利要求1所述的单元接触装置(100、200、300)，其中所述接触凸耳(106、107、108、109、110、111、112、113)在接触底部(105)上的位置对应于待接触的电池单元的通过其纵轴的横截面中的外部轮廓。
3.根据前述权利要求中的一项所述的单元接触装置(100、200、300)，其中带有所述连接片(115、116、177)的所述接触冠(101、102、103、104、201、301)沿主方向布置。
4.根据前述权利要求中任一项所述的单元接触装置(100、200、300)，其中所述接触底部(105)具有接触区域(114)，所述接触区域能够与对应的电池单元的待接触的端侧联接。
5.根据权利要求4所述的单元接触装置(100、200、300)，其中所述接触区域(114)能够与对应的电池单元的待接触的端侧在所述接触底部(105)的下侧电联接，并且所述接触凸耳(106、107、108、109、110、111、112、113)布置在所述接触底部(105)的上侧。
6.根据前述权利要求中任一项所述的单元接触装置(100、200、300)，其具有电流轨(220、320)，所述电流轨(220、320)能够被布置在所述自由通道(118)内，并且在布置状态中能够被所述接触凸耳(106、107、108、109、110、111、112、113)电接触。
7.根据前述权利要求中任一项所述的单元接触装置(100、200、300)，其中，其中所述电流轨(220、320)的沿其纵轴的轮廓对应于所述接触冠(101、102、103、104、201)内的以及所述连接片(115、116、177)上方的所述自由通道(118)的轮廓。
8.根据权利要求4和5中一项以及权利要求6和7中一项所述的接触装置(100、200、300)，其具有带有第一连接区域和第二连接区域的连接元件(358)，所述第一连接区域和所述第二连接区域布置在所述连接元件(358)的同一侧，
其中所述第一连接区域能够与所述接触区域(114)联接，并且其中所述第二连接区域能够与所述电流轨(220、320)联接。
9.一种电池系统(350)，其具有：
一定数量的单元模块，其中，每个单元模块分别具有堆叠的单元行(353、354、355、356、357)，其中，各所述单元行(353、354、355、356、357)分别以电反向的方式堆叠，并且其中，所述单元模块前后相继布置，和
用于覆盖第一个单元模块半部(351)的第一端板(359)和用于覆盖最后的单元模块半部(352)的第二端板(359)，其中所述端板(359)在对应于所述单元行(353、354、355、356、357)的位置上分别具有根据前述权利要求中任一项所述的单元接触装置(100、200、300)。
10.根据权利要求9所述的电池系统(350)，其中用于所述单元行(353、354、355、356、357)中的相应的两者的所述端板(359)具有根据权利要求8所述的单元接触装置(100、200、300)。
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